Hito 2

Específicos:

Realizar un estudio del estado del arte respecto a un dispositivo electrónico capaz de medir parámetros físicos de la marcha
Definir las funciones que debe cumplir el sistema y sus elementos en conjunto, así como esquematizar el intercambio de información, materia y energía que ocurre entre cada una de estas funciones
Realizar la selección de alternativas de solución para las funciones del sistema y diseñar tres conceptos de solución a partir de la combinación de dichas alternativas
Seleccionar un diseño conceptual de solución óptimo a partir del análisis técnico-económico de los tres conceptos de solución anteriormente diseñados.
Implementar un prototipo de baja resolución del diseño conceptual seleccionado.

JOINT MOTION MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD OF USE (WO2021158956A1)

Un aparato de medición del movimiento de las articulaciones que incluye mecanismos de sujeción que aseguran los sensores a diversas partes del cuerpo, como la pierna, incluido el fémur, la tibia, el maléolo y / o el calcáneo. Los sensores están configurados para medir una posición y / o movimiento de las diversas partes de la pierna entre sí. Los datos del sensor se pueden utilizar para determinar las propiedades cinemáticas y / o musculares de la pierna, incluida la laxitud de la rodilla, mediciones tibiofemorales y / o propiedades espásticas. [1]

WEARABLE DEVICE FOR COUPLING TO A USER, AND MEASURING AND MONITORING USER ACTIVITY (WO2021055491A1)

Un sistema para medir el ángulo de una articulación de un usuario incluye un eje central, un primer brazo, un segundo brazo, un imán y un sensor. El eje central incluye un primer eje y un segundo eje. El primer brazo está configurado para unirse a una primera porción de miembro del usuario en un primer extremo exterior y al primer eje en un primer extremo interior. El segundo brazo está configurado para unirse a una segunda porción de miembro del usuario en un segundo extremo exterior y al segundo eje en un segundo extremo interior, en el que el primer eje está acoplado de forma pivotante al segundo eje . El imán está acoplado al segundo eje. El sensor está dispuesto en el eje central y configurado para detectar una rotación del imán. [2]

Passive multiple foot sensor insole real-time feedback device (US11076803B2)

Un dispositivo de retroalimentación de sensor de pie con múltiples sensores pasivos en la plantilla de un zapato para proporcionar retroalimentación en tiempo real para que un microprocesador controle un dispositivo háptico en el tobillo de una persona y almacene y muestre datos en una aplicación en un teléfono inteligente para proporcionar equilibrio a un persona mientras está de pie o caminando
[3]

Dispositivo portátil incorporando micro sensores de flujo triaxial con micro sensores de inercia triaxial

El dispositivo permite la medición precisa de la velocidad de movimiento tridimensional, la aceleración y el ángulo de actitud de las extremidades humanas en las actividades diarias, los ejercicios extenuantes y prolongados. Utilizando el modelo de coordinación intra-miembro, la captura dinámica del movimiento de las extremidades inferiores humanas, incluidos el muslo y la tibia, se implementa con tacto mediante un único dispositivo de vástago , que simplifica el dispositivo de captura y reduce el costo.
Los experimentos en actividades extenuantes y carreras prolongadas validan el excelente rendimiento y la robustez del dispositivo portátil en el reconocimiento dinámico de movimiento y la reconstrucción de extremidades humanas. [4]

Sensores de presión de pie portátiles

Los sensores de presión portátiles fáciles de usar se han introducido cada vez más en la investigación y la práctica clínica en la detección de presión plantar, que pueden integrarse en plantillas o zapatos para extraer datos para su análisis. Estos sensores facilitan y simplifican la medición de los parámetros de la marcha y analizan los datos relevantes para el control remoto de la salud, la rehabilitación y el diagnóstico previo de trastornos. (Imagen a)

Lee y col. demostró un sensor de presión ferroeléctrico flexible basado en rGO / PVDF con sensibilidad ultra alta y respuesta lineal en un rango de detección de presión extremadamente amplio. El sensor de presión desarrollado fue fabricado con una geometría de micro-domo interbloqueada de múltiples capas, lo que permite monitorear varios estímulos en un rango de detección de presión extremadamente amplio, incluido un flujo de gas débil, sonido acústico, presión de pulso de muñeca, respiración y presión de pie en un solo sensor portátil (Imagen b). [5]

Sistema para el entrenamiento y la rehabilitación de la marcha para pacientes con enfermedad de Parkinson en el entorno de la vida diaria.

El sistema se basa en una arquitectura portátil destinada a proporcionar retroalimentación auditiva en tiempo real. Se ha desarrollado un sistema basado en una red inalámbrica de sensores corporales y un teléfono inteligente. El sistema permite la extracción en tiempo real de las características espacio-temporales de la marcha y su comparación con los parámetros de referencia de la marcha de un paciente capturados en el laboratorio bajo la supervisión de un operador clínico.

La retroalimentación se devuelve al usuario en forma de mensajes vocales, animar al usuario a mantener su comportamiento al caminar o corregirlo. En el escenario de uso, se capacita al sujeto para adoptar y mantener una postura correcta del tronco y patrones de marcha correctos, durante breves períodos del día, mediante detección en tiempo real y posterior restitución por retroalimentación de la cinemática de su tronco y desempeño de la marcha. De esta forma, los pacientes pueden, al menos parcialmente, volver a aprender el patrón de marcha y la postura del tronco correctos o desarrollar estrategias para superar su discapacidad [6]

RunScribe

Es un dispositivo que se instala en las zapatillas del usuario, permite obtener parámetros de velocidad, número de pasos; además, permite obtener datos sobre la fuerza de impacto que se genera al momento de cada pisada. Cuenta con un sensor de movimiento de 9 ejes, comunicación por medio de bluetooth y, además, es resistente al agua.
Los datos que se obtienen con el dispositivo se presentan al usuario por medio de una plataforma creada por la misma empresa desarrolladora, esta aplicación es capaz de mostrar parámetros en tiempo real al usuario, también, realiza una comparación con respecto a otros usuarios o con respecto a recorridos pasados.
El RunScribe tiene un precio de 449 $, consta de dos dispositivos , uno para cada pie; también, se ofrece el dispositivo junto con una montura de cadera, esto tiene un precio de 699$. [7]

Sistema F-Scan

Dispositivo de la compañía estadounidense Tekscan, esta compañía cuenta con las certificaciones de las normas ISO 13485 e ISO 9001.
El precio de este sistema está sujeto a una cotización de la empresa.
Está diseñado para proporcionar información acerca de la presión, fuerza y sincronización realizada por los pies en el ciclo de la marcha del usuario; esta información es adecuada para poder evaluar técnicas deportivas, probar aparatos ortopédicos, evaluar la presión de los pies en pacientes con pie diabético, entre otras aplicaciones.
Los datos son almacenados y presentados mediante informes de elaboración automática en un software diseñado por la misma compañía; además, se pueden realizar comparaciones con respecto a informes elaborados sobre recorridos pasados del usuario.
El sistema F-Scan está disponible en diferentes tipos de conexiones según los requerimientos de la persona: conexión inalámbrica vía wifi; con registro de datos por medio de una memoria interna; conexión wifi con registro de datos; y conexión por puerto USB. [8]

Sistema F-Scan 64

Dispositivo creado por la compañía estadounidense Tekscan.
El precio del sistema F-Scan64 también está sujeto a una cotización de la empresa.
Posee una funcionalidad similar al sistema F-Scan con la diferencia que los sensores se comunican por medio de una señal bluetooth, si bien el sistema F-Scan también cuenta con conexión de datos inalámbrica, el F-Scan64 no requiere de cableado en el sistema debido a la baja complejidad del mismo.
La ventaja del sistema F-Scan64 es que permite realizar análisis de las funciones y dinámicas básicas de ciclo de la marcha en ambientes no tan regulados. [8]

Requerimientos funcionales:

Medición de los ángulos en el movimiento de las rodillas: Hacer esto durante la marcha en actividades cotidianas de manera precisa y rápida para no incomodar al usuario. Por lo que se usarán sensores ubicados estratégicamente en el cuerpo del paciente.
Almacenamiento de datos: El dispositivo debe ser capaz de almacenar la información recolectada a partir de la angulación del movimiento de las rodillas en tiempo real.
Envío de datos: El dispositivo debe de enviar la información almacenada para que un especialista la interprete utilizado dichos datos.
Conectividad: El dispositivo debe de ser capaz de conectarse a una red de internet para poder enviar información al especialista en cualquier momento.
Facilidad en recargar la batería: El dispositivo debe ser alimentado por una fuente de energía fácil de adquirir e instalar para no complicar al usuario y no interrumpir la medición del parámetro físico.

Requerimientos no funcionales:

Bajo costo: El dispositivo debe de utilizar materiales de bajo costo y priorizar funcionalidad antes que estética para que sea más atractivo en el mercado.
Ergonómico: El dispositivo debe adaptarse a las dimensiones del cuerpo del usuario sin dañarlo para poder medir los parámetros físicos sin complicaciones.
Portabilidad: El dispositivo debe de poder ser llevado todo el tiempo por el paciente sin generar incomodidad. De esta manera, el paciente podrá utilizarlo durante sus actividades cotidianas sin ningún problema.
Fácil uso: El paciente debe de poder entender el uso correcto del dispositivo para que se sienta familiarizado y no tenga problemas con su funcionalidad.
Precisión: El dispositivo debe de tener una precisión de al menos el 75% en sus mediciones para que la interpretación de un experto tenga fundamentos y sea válida.

Referencias:

1. J. Cook "JOINT MOTION MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD OF USE", WO2021158956A1, 12 de Agosto, 2021 https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/077199423/publication/WO2021158956A1?q=pn%3DWO2021158956A1

2. J. Cote. "WEARABLE DEVICE FOR COUPLING TO A USER, AND MEASURING AND MONITORING USER ACTIVITY", WO2021055491A1, 3 de Marzo, 2021 https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/074869141/publication/WO2021055491A1?q=pn%3DWO2021055491A1

3. M. Malawey "Passive multiple foot sensor insole real-time feedback device", US11076803B2, 16 de Mayo, 2021 https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/074189170/publication/US11076803B2?q=pn%3DUS11076803B2

4. Liu, S., Zhang, J., Zhang, Y. et al. A wearable motion capture device able to detect dynamic motion of human limbs. Nat Commun 11, 5615 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19424-2

5. Yang, Geng & Pang, Gaoyang & Pang, Zhibo & Gu, Ying & Mäntysalo, Matti & Yang, Huayong. (2018). Non-Invasive Flexible and Stretchable Wearable Sensors With Nano-Based Enhancement for Chronic Disease Care. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. PP. 1-1. 10.1109/RBME.2018.2887301. https://www.researchgate.net/publication/329728601_Non-Invasive_Flexible_and_Stretchable_Wearable_Sensors_With_Nano-Based_Enhancement_for_Chronic_Disease_Care

6. Casamassima, F.; Ferrari, A.; Milosevic, B.; Ginis, P.; Farella, E.; Rocchi, L. A Wearable System for Gait Training in Subjects with Parkinson’s Disease. Sensors 2014, 14, 6229-6246. https://doi.org/10.3390/s140406229

7. "F-Scan System", Tekscan , 2021. . Disponible: https://www.tekscan.com/products-solutions/systems/f-scan-system

8. "RunScribe - IMU portátil - Análisis de la marcha", RunScribe , 2021. [En línea]. Disponible: https://runscribe.com/.

Hito 2

Objetivos

General: