IT201800006950A1 - Kinematic detection and monitoring system of body movements in water, and related method - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Campo tecnico Technical field
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, e ad un relativo metodo di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua. The present invention refers to a kinematic detection and monitoring system of body movements in water, and to a related kinematic detection and monitoring method of body movements in water.
In generale la presente invenzione trova applicazione nel campo della rilevazione e monitoraggio di movimenti del corpo o di movimenti relativi di segmenti corporei, anche per scopi di allenamento, sportivi, riabilitativi o diagnostici. In general, the present invention finds application in the field of detecting and monitoring body movements or relative movements of body segments, also for training, sports, rehabilitation or diagnostic purposes.
Arte nota Known art
Nel contesto delle terapie termali, le applicazioni riabilitative e sportive coprono una vastità di scenari per esercizi motori che coinvolgono i segmenti corporei. In the context of thermal therapies, rehabilitation and sports applications cover a vast range of scenarios for motor exercises involving the body segments.
È necessario monitorare l’esecuzione di questi movimenti corporei, per garantire che siano svolti correttamente dal punto di vista riabilitativo oppure che siano svolti efficacemente dal punto di vista sportivo. It is necessary to monitor the execution of these body movements, to ensure that they are carried out correctly from a rehabilitation point of view or that they are carried out effectively from a sporting point of view.
Esistono soluzioni note per la rilevazione ed il monitoraggio cinematico di movimenti corporei, basati su una pluralità di sensori associati al corpo o a segmenti dello stesso. There are known solutions for detecting and kinematic monitoring of body movements, based on a plurality of sensors associated with the body or with segments thereof.
Il documento US2005 179202 (Al) si riferisce ad un sistema per il tracciamento e la valutazione di movimenti in uno spazio multidimensionale che utilizza sensori ottici. La soluzione nota da US2005 179202 (Al) risulta inefficace per l’utilizzo in acqua, ed inoltre non consente una rilevazione avente precisione adeguata per il monitoraggio di una terapia riabilitativa. US2005 179202 (A1) refers to a system for tracking and evaluating movements in a multidimensional space that uses optical sensors. The solution known from US2005 179202 (A1) is ineffective for use in water, and also does not allow a detection with adequate precision for monitoring rehabilitation therapy.
Il documento US2012296235 (A1) si riferisce ad un sistema per il monitoraggio di esercizi di fisioterapia, comprendente sensori del tipo “motion capture” in grado di comprare i movimenti rilevati con dati preregistrati e fornire un feedback in tempo reale all’utente ed al professionista sanitario. Tuttavia, la soluzione nota da US20 12296235 (Al) risulta inefficace per l'utilizzo in acqua, ed inoltre non consente una rilevazione avente precisione adeguata perii monitoraggio di una terapia riabilitativa. The document US2012296235 (A1) refers to a system for monitoring physiotherapy exercises, including sensors of the "motion capture" type able to buy the movements detected with pre-recorded data and provide real-time feedback to the user and the professional sanitary. However, the known solution from US20 12296235 (A1) is ineffective for use in water, and also does not allow a detection having adequate precision for monitoring a rehabilitation therapy.
Il documento EP3067783 (A1) si riferisce ad un sistema e metodo di tracciamento della locomozione umana che prevede una misurazione relativa di segmenti corporei medianti unità sensoriali di tipo elettromagnetico, per risalire alla posizione dei piedi dell’utente. La soluzione nota da EP3067783 (A1) è tuttavia inadatta all’utilizzo in acqua, ed inoltre non consente un adeguato monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. Document EP3067783 (A1) refers to a system and method of tracking human locomotion which provides for a relative measurement of body segments by means of electromagnetic sensory units, to trace the position of the user's feet. The solution known from EP3067783 (A1) is however unsuitable for use in water, and also does not allow adequate monitoring of movements during rehabilitation therapy.
Il documento US8593286 (B2) si riferisce ad un sistema e metodo di monitoraggio di attività sportive, in cui sensori di tipo inerziale sono associati a segmenti corporei di un utente. Tuttavia, la soluzione nota da US8593286 (B2) risulta comunque inadatta all’utilizzo in acqua, ed inoltre non consente un adeguato monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. Document US8593286 (B2) refers to a system and method for monitoring sports activities, in which sensors of the inertial type are associated with body segments of a user. However, the solution known from US8593286 (B2) is still unsuitable for use in water, and also does not allow adequate monitoring of movements during rehabilitation therapy.
Il documento US2015192413 (A1) si riferisce ad un metodo di tracciamento di movimenti corporei mediante un set di sensori associati a segmenti corporei, che rilevano la posizione ed orientamento 3D dei segmenti. La soluzione nota da US2 015192413 (A1) è tuttavia inadatta all’utilizzo in acqua, ed inoltre non consente un adeguato monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. Document US2015192413 (A1) refers to a method of tracking body movements by means of a set of sensors associated with body segments, which detect the 3D position and orientation of the segments. The solution known from US2 015192413 (A1) is however unsuitable for use in water, and also does not allow adequate monitoring of movements during rehabilitation therapy.
Il documento US8 165844 (B2) si riferisce ad un sistema di tracciamento di movimento comprendente una pluralità di moduli di sensori di movimento posizionati su vari segmenti corporei, che catturano la posizione ed orientamento 3D dei segmenti. La soluzione nota da US8 165844 (B2) è tuttavia inadatta all'utilizzo in acqua, ed inoltre non consente un adeguato monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. US8 165844 (B2) refers to a motion tracking system comprising a plurality of motion sensor modules positioned on various body segments, which capture the 3D position and orientation of the segments. The solution known from US8 165844 (B2) is however unsuitable for use in water, and also does not allow adequate monitoring of movements during rehabilitation therapy.
In generale, le sopra presentate soluzioni sono inadatte all’applicazione di monitoraggio di movimenti in acqua, che invece è richiesta in molti scenari di riabilitazione, anche termale, e per gli sport acquatici. In general, the solutions presented above are unsuitable for the application of monitoring movements in water, which is instead required in many rehabilitation scenarios, including thermal ones, and for water sports.
Il monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua presenta un problema tecnico, a causa dell’ostacolo visivo costituito dai fenomeni di riflessione e rifrazione in acqua, che rendono più difficoltoso il monitoraggio dei movimenti mediante tecniche di rilevazione visiva. The kinematic monitoring of body movements in the water presents a technical problem, due to the visual obstacle constituted by the phenomena of reflection and refraction in the water, which make it more difficult to monitor movements using visual detection techniques.
Pertanto, gli operatori (terapisti o allenatori) necessitano di soluzioni specificamente configurate per la rilevazione ed il monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua. Therefore, operators (therapists or coaches) need solutions specifically configured for the detection and kinematic monitoring of body movements in the water.
Il documento US20 13237375 (A1) si riferisce ad un apparato di allenamento in piscina, per controllare la posizione di un utilizzatore di una vasca, e fornire allarmi visivi luminosi relativi alla posizione del nuotatore secondo criteri predeterminati. Tuttavia, la soluzione nota da US20 13237375 (Al) monitora esclusivamente la posizione del nuotatore rispetto ai bordi della vasca, rendendo questa soluzione non efficace per il monitoraggio di moviménti durante una terapia riabilitativa. Document US20 13237375 (A1) refers to a training apparatus in a swimming pool, for controlling the position of a user of a pool, and providing luminous visual alarms relating to the position of the swimmer according to predetermined criteria. However, the solution known from US20 13237375 (A1) only monitors the position of the swimmer with respect to the edges of the pool, making this solution not effective for monitoring movements during a rehabilitation therapy.
Il documento WO20 15 155069 (A1) si riferisce ad un dispositivo indossabile per il monitoraggio delle performance di un nuotatore in acqua; tale dispositivo comprende sensori di battito cardiaco e sensori di movimento inerziale per rilevare la posizione del nuotatore nello spazio. Tuttavia, il dispositivo noto da WO20 15155069 (Al) rileva parametri cinematici che sono misurati solo in corrispondenza della schiena del nuotatore, rendendolo non efficace per il monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. Document WO20 15 155069 (A1) refers to a wearable device for monitoring the performance of a swimmer in the water; this device comprises heart rate sensors and inertial motion sensors to detect the position of the swimmer in space. However, the device known from WO20 15155069 (A1) detects kinematic parameters which are measured only at the swimmer's back, making it ineffective for monitoring movements during rehabilitation therapy.
Il documento US7980998 (B2) si riferisce ad un dispositivo di rilevazione comprendente una singola unità sensore, del tipo inerziale, per il monitoraggio di movimenti di nuotatori, ed inoltre si riferisce ad un sistema di comunicazione con cui un istruttore comunica con una pluralità di nuotatori impartendo indicazioni relative all'allenamento. Tuttavia, il dispositivo noto da US7980998 (B2) rileva parametri cinematici, quali posizione ed orientamento assoluti, che sono misurati individualmente per ciascuna parte corporea del nuotatore, rendendo tale dispositivo non efficace per il monitoraggio di movimenti durante una terapia riabilitativa. Document US7980998 (B2) refers to a detection device comprising a single sensor unit, of the inertial type, for monitoring the movements of swimmers, and also refers to a communication system with which an instructor communicates with a plurality of swimmers. giving information on training. However, the device known from US7980998 (B2) detects kinematic parameters, such as absolute position and orientation, which are measured individually for each body part of the swimmer, making this device not effective for monitoring movements during rehabilitation therapy.
Le soluzioni di arte nota presentano in generale lo svantaggio di non consentire una rilevazione efficace di movimenti corporei durante una terapia riabilitativa o un esercizio sportivo in acqua. The solutions of the known art generally have the disadvantage of not allowing an effective detection of body movements during a rehabilitation therapy or a sports exercise in water.
Inoltre, le soluzioni di arte nota presentano in generale lo svantaggio di non fornire un monitoraggio efficace, che costituisca un valido aiuto per l’esecuzione di una terapia riabilitativa o di attività sportiva. In addition, known art solutions generally have the disadvantage of not providing effective monitoring, which constitutes a valid aid for carrying out rehabilitation therapy or sports activities.
Sintesi dellinvenzione Summary of the invention
Uno scopo della presente invenzione è quello di ovviare ad inconvenienti della tecnica nota. An object of the present invention is to obviate the drawbacks of the known art.
Uno scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei, eseguiti in multisegmento e che siano accurati ed affidabili. A particular object of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements, performed in a multisegment and which are accurate and reliable.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei che consentano una supervisione quantitativa di gesti motori, in particolare per scopi di riabilitazione o sportivi. A further particular object of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements which allow a quantitative supervision of motor gestures, in particular for rehabilitation or sports purposes.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei eseguiti in acqua. A further particular object of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements performed in water.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei che consentano di consegnare un feedback immediato ed in tempo reale, per un’eventuale correzione o modifica del gesto motorio in atto. A further particular purpose of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements that allow to deliver immediate feedback in real time, for any correction or modification of the motor gesture in progress.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei mediante un processamento ottimizzati dei dati misurati. A further particular object of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements by means of an optimized processing of the measured data.
Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei che siano maggiormente funzionali ad applicazioni di tipo terapeutico e riabilitativo in acqua. A further particular object of the present invention is to present a kinematic detection and monitoring of body movements which are more functional for therapeutic and rehabilitative applications in water.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua e da un metodo di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, secondo le caratteristiche delle allegate rivendicazioni che formano parte integrante della presente descrizione. These and other purposes are achieved by a kinematic detection and monitoring system of body movements in water and by a kinematic detection and monitoring method of body movements in water, according to the characteristics of the attached claims which form an integral part of the present description.
Un’idea alla base della presente invenzione è di prevedere un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, comprendente: un dispositivo indossabile per un utente ed atto allutilizzo in acqua, comprendente almeno due unità di misura inerziali (IMU) rispettivamente atte ad essere associate ad almeno due segmenti corporei di detto utente, detti segmenti corporei definenti tra loro almeno un angolo variabile con un movimento corporeo, dette almeno due unità di misura inerziali comprendendo sensori configurati per rilevare grandezze cinematiche di detto movimento corporeo e convertirle in dati misurati, ed ulteriormente comprendente almeno un nodo master connesso a dette almeno due unità di misura inerziali per raccogliere detti dati misurati, detto nodo master essendo ulteriormente configurato per una trasmissione online di detti dati misurati. An idea underlying the present invention is to provide a kinematic detection and monitoring system of body movements in water, comprising: a wearable device for a user and suitable for use in water, comprising at least two inertial measurement units (IMU) respectively suitable to be associated with at least two body segments of said user, said body segments defining between them at least one variable angle with a body movement, said at least two inertial measurement units comprising sensors configured to detect kinematic quantities of said body movement and convert them into measured data , and further comprising at least one master node connected to said at least two inertial measurement units to collect said measured data, said master node being further configured for an online transmission of said measured data.
Il sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico comprende ulteriormente un sistema di processamento comprendente: un ricevitore configurato per una ricezione online di detti dati misurati, ed ulteriormente comprendente un calcolatore operativamente connesso a detto ricevitore e configurato per ricostruire detto movimento corporeo di detto utente in tempo reale a partire da detti dati misurati, ed ulteriormente configurato per eseguire un confronto tra detto movimento corporeo ricostruito e parametri cinematici predefiniti. The kinematic detection and monitoring system further comprises a processing system comprising: a receiver configured for online reception of said measured data, and further comprising a computer operatively connected to said receiver and configured to reconstruct said body movement of said user in real time starting from said measured data, and further configured to perform a comparison between said reconstructed body movement and predefined kinematic parameters.
Il sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico comprende ulteriormente un sistema di feedback comprendente: almeno un dispositivo di feedback configurato per ricevere informazioni relative a detto confronto ed ulteriormente configurato per consegnare almeno un’indicazione su detto movimento corporeo almeno a detto utente in base a dette informazioni. The kinematic detection and monitoring system further comprises a feedback system comprising: at least one feedback device configured to receive information relating to said comparison and further configured to deliver at least one indication on said body movement at least to said user based on said information .
Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente di rilevare e monitorare movimenti corporei multisegmento in maniera accurata ed affidabile. Advantageously, the system of the present invention allows to detect and monitor multisegment body movements in an accurate and reliable way.
Inoltre, vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente una supervisione quantitativa del movimento anche da parte dell’utente, ovvero dell’esecutore del movimento, con vantaggi particolari in ambiti terapeutici, riabilitativi o sportivi. Furthermore, advantageously, the system of the present invention allows quantitative supervision of the movement also by the user, or by the executor of the movement, with particular advantages in therapeutic, rehabilitative or sports areas.
In particolare, vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente il monitoraggio della bontà del movimento corporeo sia da parte dell’utente che, opzionalmente, da parte di un operatore (terapista o allenatore), In particular, advantageously, the system of the present invention allows the monitoring of the goodness of body movement both by the user and, optionally, by an operator (therapist or coach),
Inoltre, vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente di consegnare un feedback immediato ed in tempo reale all’utente, per un’eventuale correzione o modifica del gesto motorio in atto. Furthermore, advantageously, the system of the present invention allows immediate and real-time feedback to be delivered to the user, for any correction or modification of the motor gesture in progress.
Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione è particolarmente adatto alla rilevazione ed al monitoraggio cinematico di movimenti corporei eseguiti in acqua. Advantageously, the system of the present invention is particularly suitable for detecting and kinematic monitoring of body movements performed in water.
Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente un processamento ottimizzato dei dati misurati per la ricostruzione del movimento corporeo. Advantageously, the system of the present invention allows an optimized processing of the measured data for the reconstruction of body movement.
Secondo un ulteriore aspetto, un’idea alla base della presente invenzione è di prevedere un metodo di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, in cui un utente indossa ed utilizza in acqua un dispositivo indossabile, comprendente: associare rispettivamente almeno due unità di misura inerziali ad almeno due segmenti corporei di detto utente, detti segmenti corporei definenti tra loro almeno un angolo variabile con un movimento corporeo, e mediante sensori rilevare grandezze cinematiche di detto movimento corporeo e convertirle in dati misurati; raccogliere detti dati misurati, trasmetterli e riceverli Online; calcolare e ricostruire detto movimento corporeo di detto utente in tempo reale a partire da detti dati misurati, ed eseguire un confronto tra detto movimento corporeo ricostruito e parametri cinematici predefiniti; consegnare, in base a detto confronto, almeno un’indicazione su detto movimento corporeo almeno a detto utente. According to a further aspect, an idea underlying the present invention is to provide a method of kinematic detection and monitoring of body movements in water, in which a user wears and uses a wearable device in the water, comprising: respectively associating at least two units of inertial measurement of at least two body segments of said user, said body segments defining between them at least one variable angle with a body movement, and by means of sensors detecting kinematic quantities of said body movement and converting them into measured data; collect said measured data, transmit and receive them Online; calculating and reconstructing said body movement of said user in real time starting from said measured data, and performing a comparison between said reconstructed body movement and predefined kinematic parameters; deliver, based on said comparison, at least one indication on said body movement at least to said user.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata fatta qui di seguito di forme di realizzazione preferite, non limitative, della presente invenzione, e dalle rivendicazioni dipendenti che delincano forme di realizzazione preferite e particolarmente vantaggiose dell'invenzione. Further characteristics and advantages will become more evident from the detailed description given below of preferred, non-limiting embodiments of the present invention, and from the dependent claims which describe preferred and particularly advantageous embodiments of the invention.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
L’invenzione è illustrata con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: The invention is illustrated with reference to the following figures, provided by way of non-limiting example, in which:
Le Figure 1a e 1b illustrano una forma di realizzazione di un dispositivo indossabile per un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione. Figures 1a and 1b illustrate an embodiment of a wearable device for a kinematic detection and monitoring system according to the present invention.
- La Figura 2 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un sistema di sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione. Figure 2 schematically illustrates an embodiment of a kinematic detection and monitoring system according to the present invention.
Le Figure 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f illustrano esempi di schermate fornite da un sistema di feedback visivo in un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione. Figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f illustrate examples of screens provided by a visual feedback system in a kinematic detection and monitoring system according to the present invention.
Nelle differenti figure, elementi analoghi saranno identificati da numeri di riferimento analoghi. In the different figures, similar elements will be identified by similar reference numbers.
Descrizione di dettaglio Detailed description
Le Figure la e lb illustrano, in rispettive viste da davanti e da dietro, una forma di realizzazione di un dispositivo indossabile 100 per un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione. Figures la and 1b illustrate, in respective front and rear views, an embodiment of a wearable device 100 for a kinematic detection and monitoring system according to the present invention.
Il dispositivo indossabile 100 è adatto per un utente ed è atto alfutilizzo in acqua, preferibilmente sia dolce che salata, anche in un contesto termale. Il dispositivo indossabile 100 supporta sensori, che saranno ulteriormente descritti, per rilevare movimenti corporei anche in acqua. Il dispositivo indossabile 100, in generale, è facile da indossare, non rappresenta un ostacolo airesecuzione dei movimenti ed è regolabile in larghezza e lunghezza per adattarsi alla corporatura dell’utente. The wearable device 100 is suitable for a user and is suitable for use in water, preferably both fresh and salt water, even in a thermal context. The wearable device 100 supports sensors, which will be further described, for detecting bodily movements even in water. The wearable device 100, in general, is easy to wear, does not represent an obstacle to the execution of movements and is adjustable in width and length to adapt to the user's build.
Il dispositivo indossabile comprende unità di misura inerziali 101, denominate anche IMU [Inertial Measurement Unit). The wearable device includes 101 inertial measurement units, also referred to as IMU [Inertial Measurement Unit).
Tali unità di misura inerziali 101 sono rispettivamente atte ad essere associate a segmenti corporei dell’utente, ove i segmenti corporei definiscono tra loro almeno un angolo variabile con un movimento corporeo. Nella forma di realizzazione preferita, le unità di misura inerziali 101 sono associate a: avanbraccio, braccio, femore, tibia, tronco superiore e tronco inferiore dell’utente. These inertial measurement units 101 are respectively suitable to be associated with the user's body segments, where the body segments define at least one variable angle between them with a body movement. In the preferred embodiment, the inertial measurement units 101 are associated with: forearm, arm, femur, tibia, upper trunk and lower trunk of the user.
In particolare, preferibilmente, il dispositivo indossabile 100 comprende due parti 100a e 100b che possono essere indossate anche indipendentemente: una parte superiore 100a preposta alla rilevazione dei movimenti di tronco superiore e arti superiori, ed una parte inferiore 100b preposta alla rilevazione dei movimenti di tronco inferiore e arti inferiori. In particular, preferably, the wearable device 100 comprises two parts 100a and 100b which can also be worn independently: an upper part 100a for detecting movements of the upper trunk and upper limbs, and a lower part 100b for detecting trunk movements. lower and lower limbs.
Nella forma di realizzazione preferita, ciascuna delle due parti 100a o 100b del dispositivo indossabile 100 comprende cinque unità di misura inerziali per monitorare gli arti bilateralmente. Si potrebbero utilizzare anche solo tre unità di misura inerziali per monitorare un arto unilateralmente. Rimane inteso che per monitorare un generico movimento di un arto, sarebbero sufficienti almeno due unità di misura inerziali associate ad almeno due rispettivi segmenti corporei atti a definire tra loro un angolo variabile con un movimento. In the preferred embodiment, each of the two parts 100a or 100b of the wearable device 100 comprises five inertial measurement units for monitoring the limbs bilaterally. Even just three inertial units of measurement could be used to monitor a limb unilaterally. It is understood that to monitor a generic movement of a limb, at least two inertial measurement units associated with at least two respective body segments capable of defining a variable angle with one movement would be sufficient.
In generale, tra tali almeno cinque unità di misura inerziali 101 delle parti 100a oppure 100b, due sono rispettivamente associabili a porzioni distali di arti (avanbraccio o tibia), ulteriori due sono rispettivamente associabili a porzioni prossimali di arti (omero o femore), ed una è rispettivamente associabile ad una porzione di tronco (superiore o inferiore) dell’utente. In general, among these at least five inertial measurement units 101 of the parts 100a or 100b, two are respectively associated with distal portions of limbs (forearm or tibia), a further two are respectively associated with proximal portions of limbs (humerus or femur), and one is respectively associable to a trunk portion (upper or lower) of the user.
In generale, le unità di misura inerziali 101 comprendendo sensori configurati per rilevare grandezze cinematiche di un movimento corporeo e per convertirle in dati misurati. In particolare, tali sensori comprendono accelerometri, giroscopi e sensori geomagnetici. In una forma di realizzazione preferita, ciascuna unità di misura inerziale 101 comprende un accelerometro triassiale, un giroscopio triassiale, un sensore geomagnetico triassiale ed un microcontrollore preposto alla interpretazione e conversione delle grandezze cinematiche rilevate, in dati digitali misurati. In general, the inertial measurement units 101 comprise sensors configured to detect kinematic quantities of a body movement and to convert them into measured data. In particular, such sensors include accelerometers, gyroscopes and geomagnetic sensors. In a preferred embodiment, each inertial measurement unit 101 comprises a triaxial accelerometer, a triaxial gyroscope, a triaxial geomagnetic sensor and a microcontroller responsible for interpreting and converting the detected kinematic quantities into measured digital data.
Il dispositivo indossabile 100 comprende ulteriormente almeno un nodo master 102, connesso alle unità di misura inerziali 101 per raccogliere i dati misurati. The wearable device 100 further comprises at least one master node 102, connected to the inertial measurement units 101 to collect the measured data.
Preferibilmente, il nodo master 102 è connesso alle unità di misura inerziali 101 mediante connessioni cablate, in particolare con connettori di tipo impermeabile. In generale, le unità di misura inerziali 101 ed il nodo master 102 comprendono involucri impermeabili all’acqua. Preferably, the master node 102 is connected to the inertial measurement units 101 by means of wired connections, in particular with connectors of the waterproof type. In general, the inertial measurement units 101 and the master node 102 include waterproof casings.
In un esempio, le unità di misura inerziali 101 formano una rete di sensori gestita a livello del nodo master 102. Ogni nodo sensore 101 colleziona i dati indipendentemente, ma è connesso tramite un connettore (preferibilmente con protezione IP68) al nodo master 102. Il nodo master 102 è in grado di leggere i dati da tutti i nodi sensori 101 tramite un opportuno protocollo di comunicazione. In one example, the inertial measurement units 101 form a sensor network managed at the level of the master node 102. Each sensor node 101 collects data independently, but is connected via a connector (preferably with IP68 protection) to the master node 102. The master node 102 is able to read data from all sensor nodes 101 by means of an appropriate communication protocol.
Nella forma di realizzazione preferita, il nodo master 102 comprende una batteria elettrica per l’alimentazione delle unità di misura inerziali 101 ad esso connesse. In the preferred embodiment, the master node 102 comprises an electric battery for powering the inertial measurement units 101 connected to it.
Il nodo master 102 è ulteriormente configurato per una trasmissione online dei dati misurati. Preferibilmente il nodo master 102 comprende un trasmettitore senza fili online, in particolare ad una frequenza di 20 Hz, preferibilmente utilizzando un protocollo di comunicazione Wi-Fi o MiWi a 0.9 GHz. The master node 102 is further configured for an online transmission of the measured data. Preferably the master node 102 comprises an online wireless transmitter, in particular at a frequency of 20 Hz, preferably using a 0.9 GHz Wi-Fi or MiWi communication protocol.
Preferibilmente, il nodo master 102 è almeno parzialmente posizionato, nel dispositivo indossabile 100, in una posizione emersa quando viene utilizzato in acqua, per migliorare la trasmissione dei dati. Preferably, the master node 102 is at least partially positioned, in the wearable device 100, in a raised position when used in water, to improve data transmission.
Vantaggiosamente, il dispositivo indossabile 100 non richiede un posizionamento delle unità di misura inerziali 101 in precise coordinate sui vari segmenti corporei dell’utente, grazie ad un’apposita procedura di calibrazione che sarà ulteriormente descritta. Advantageously, the wearable device 100 does not require a positioning of the inertial measurement units 101 in precise coordinates on the various body segments of the user, thanks to a special calibration procedure which will be further described.
La Figura 2 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico 200 secondo la presente invenzione. Figure 2 schematically illustrates an embodiment of a kinematic detection and monitoring system 200 according to the present invention.
Il sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico 200 comprende il dispositivo indossabile 100 già descritto; per esemplificazione l’utente che indossa il dispositivo indossabile 100 è immerso in una vasca o piscina 2. The kinematic detection and monitoring system 200 comprises the wearable device 100 already described; for example, the user wearing the wearable device 100 is immersed in a tub or swimming pool 2.
Il sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico 200 comprende poi un sistema di processamento 201. Il sistema di processamento 201 comprende un ricevitore 202 che è configurato per la ricezione online dei dati misurati dal nodo master 102, come già descritto. The kinematic detection and monitoring system 200 then comprises a processing system 201. The processing system 201 comprises a receiver 202 which is configured for online reception of the measured data from the master node 102, as already described.
Nella presente descrizione, il termine “online” è inteso a significare “che avviene sostanzialmente in tempo reale”, ovvero che consente - in maniera che è chiara al tecnico del ramo - una rilevazione ed un monitoraggio istante per istante, in contemporanea con l’esecuzione del movimento, a meno di un lieve ritardo dovuto alla trasmissione e processamento dei dati. In the present description, the term "online" is intended to mean "which occurs substantially in real time", or which allows - in a way that is clear to the skilled in the art - instant-by-instant detection and monitoring, simultaneously with the execution of the movement, except for a slight delay due to data transmission and processing.
Il sistema di processamento 201 comprende ulteriormente un calcolatore 203 operativamente connesso al ricevitore 202 e configurato per ricostruire il movimento corporeo dell’utente in tempo reale, a dai dati misurati. Ulteriormente, il calcolatore 203 è configurato per eseguire un confronto tra il movimento corporeo ricostruito e parametri cinematici predefiniti, ovvero parametri “obiettivo” per il movimento richiesto all’utente. The processing system 201 further comprises a computer 203 operatively connected to the receiver 202 and configured to reconstruct the user's body movement in real time, from the measured data. Further, the computer 203 is configured to perform a comparison between the reconstructed body movement and predefined kinematic parameters, or "target" parameters for the movement requested by the user.
Il calcolatore 203 è configurato per ricostruire il movimento corporeo in tempo reale, mediante calcolo di almeno un angolo relativo misurato tra almeno due unità di misura inerziali 101. The computer 203 is configured to reconstruct the body movement in real time, by calculating at least one relative angle measured between at least two inertial measurement units 101.
In generale, il sistema di processamento 201 è atto a ricostruire il movimento corporeo dell’utente in tempo reale, cooperando con le misure rilevate mediante il dispositivo indossabile 100, come sotto esemplificato. In general, the processing system 201 is able to reconstruct the user's body movement in real time, cooperating with the measurements detected by the wearable device 100, as exemplified below.
Ciascuna delle unità di misura inerziali 101 misura il proprio spostamento angolare rispetto ad un sistema di riferimento fisso, individuato dalla direzione dell’accelerazione di gravità e dal polo Nord magnetico. Each of the inertial measurement units 101 measures its angular displacement with respect to a fixed reference system, identified by the direction of acceleration due to gravity and the magnetic North Pole.
Per stimare gli angoli dei giunti, è necessario misurare l’orientamento di due segmenti corporei adiacenti. In questo lavoro, gli angoli articolari degli arti superiori e degli arti inferiori sono alternativamente misurati, e in particolare, per la cassa dell’arto superiore, vengono stimati gli angoli della spalla e del gomito, sia per gli arti inferiori che per gli angoli dell’anca e del ginocchio. Le assunzioni implicite dell’approccio presentato sono: i) le articolazioni sono modellate come giunti sferici; ii) ciascun sensore è fissato rispetto al suo segmento di corpo (cioè, il movimento relativo dovuto a muscoli o movimento di tessuto è trascurato); iii) arti e schiena sono modellati come segmenti rigidi. To estimate the angles of the joints, it is necessary to measure the orientation of two adjacent body segments. In this work, the joint angles of the upper limbs and the lower limbs are alternately measured, and in particular, for the chest of the upper limb, the angles of the shoulder and elbow are estimated, both for the lower limbs and for the angles of the upper limb. hip and knee. The implicit assumptions of the presented approach are: i) the joints are modeled as ball joints; ii) each sensor is fixed relative to its body segment (i.e., relative motion due to muscle or tissue motion is neglected); iii) limbs and back are modeled as rigid segments.
Vengono preferibilmente utilizzati tre sensori per monitorare tre rispettivi nodi: - un nodo di riferimento che è preferibilmente posto sul retro (quando si monitorano gli arti superiori) o sul bacino (quando si monitorano gli arti inferiori); - un nodo superiore che è posizionato sul braccio (durante il monitoraggio degli arti superiori) o sulla coscia (durante il monitoraggio degli arti inferiori); - un nodo inferiore, posizionato sull’avambraccio (durante il monitoraggio degli arti superiori) o sulla tibia (durante il monitoraggio degli arti inferiori ). Three sensors are preferably used to monitor three respective nodes: - a reference node which is preferably placed on the back (when monitoring the upper limbs) or on the pelvis (when monitoring the lower limbs); - an upper knot that is placed on the arm (when monitoring the upper limbs) or on the thigh (when monitoring the lower limbs); - a lower knot, positioned on the forearm (when monitoring the upper limbs) or on the tibia (when monitoring the lower limbs).
I sensori devono essere posizionati sul segmento corrispondente, ma vantaggiosamente non è necessario che l’esatto posizionamento sia ripetibile tra le sessioni. The sensors must be positioned on the corresponding segment, but advantageously it is not necessary for the exact positioning to be repeatable between sessions.
Gli angoli dei segmenti corporei sono calcolati preferibilmente secondo le convenzioni fonite dalla Società Internazionale di Biomeccanica ( International Society of Biomechanics - ISB). The angles of the body segments are preferably calculated according to the conventions provided by the International Society of Biomechanics (ISB).
Preferibilmente, il sistema di processamento 201 è configurato per eseguire un passo di calibrazione statico ed un successivo passo di calibrazione dinamico per ricostruire il movimento corporeo dell’utente. Preferably, the processing system 201 is configured to perform a static calibration step and a subsequent dynamic calibration step to reconstruct the user's body movement.
Nel passo di calibrazione statico, si esegue una calibrazione in cui le almeno due unità di misura inerziali si trovano in una condizione in cui i rispettivi almeno due segmenti corporei sono allineati secondo un medesimo asse. In the static calibration step, a calibration is performed in which the at least two inertial measurement units are in a condition in which the respective at least two body segments are aligned along the same axis.
Nel passo di calibrazione dinamico, si esegue una successiva calibrazione mediante la rilevazione di una variazione di angolo, preferibilmente di un angolo inferiore a 20 gradi, tra le almeno due unità di misura inerziali con un movimento corporeo nel piano sagittale di detto utente. In the dynamic calibration step, a subsequent calibration is performed by detecting an angle variation, preferably of an angle of less than 20 degrees, between the at least two inertial measurement units with a body movement in the sagittal plane of said user.
Vantaggiosamente, sia il passo di calibrazione statico che il passo di calibrazione dinamico sono eseguibili prima che l’utente sia immerso nella vasca o piscina 2, potendo così controllare in maniera visiva la bontà del movimento eseguito dall’utente durante il passo di calibrazione dinamico. Advantageously, both the static calibration step and the dynamic calibration step can be performed before the user is immersed in the tub or pool 2, thus being able to visually check the quality of the movement performed by the user during the dynamic calibration step.
Il sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico 200 comprende poi un sistema di feedback. Il sistema di feedback comprende almeno un dispositivo di feedback 204, configurato per ricevere informazioni relative al confronto tra il movimento ricostruito ed i parametri cinematici predefiniti. The kinematic detection and monitoring system 200 then comprises a feedback system. The feedback system comprises at least one feedback device 204, configured to receive information relating to the comparison between the reconstructed movement and the predefined kinematic parameters.
Inoltre, il sistema di feedback è configurato per consegnare, in base alle suddette informazioni, almeno un’indicazione sul movimento corporeo, in cui tale indicazione è fornita almeno all’utente in vasca o piscina, che è in grado di sfruttare la segnalazione del dispositivo di feedback 204. Furthermore, the feedback system is configured to deliver, based on the aforementioned information, at least one indication on body movement, in which this indication is provided at least to the user in the tub or pool, who is able to exploit the signaling of the device feedback 204.
Preferibilmente, i parametri cinematici predefiniti comprendono ampiezza e/o velocità di esecuzione di un movimento, per consegnare in tempo reale un feedback all’utente sulla bontà di esecuzione di un dato movimento. Preferably, the predefined kinematic parameters include amplitude and / or speed of execution of a movement, to deliver real-time feedback to the user on the goodness of execution of a given movement.
Il dispositivo di feedback 204 comprende preferibilmente un display o una cuffia auricolare o un elemento tattile nel dispositivo indossabile 100, così da consegnare all’utente un’indicazione di tipo visivo o acustico o tattile (per esempio, vibrando) per incrementare la consapevolezza della propria posizione corporea e dei movimenti che l’utente esegue. The feedback device 204 preferably comprises a display or a headset or a tactile element in the wearable device 100, so as to provide the user with a visual or acoustic or tactile indication (for example, vibrating) to increase awareness of one's own body position and movements that the user performs.
L’indicazione sulla bontà di esecuzione di un dato movimento è in particolare configurata per il controllo di ampiezza e/o velocità di esecuzione del movimento corporeo da parte dell’utente. The indication on the goodness of execution of a given movement is in particular configured for the control of the amplitude and / or speed of execution of the body movement by the user.
Preferibilmente, il sistema di feedback comprende almeno un secondo dispositivo di feedback 205 per un operatore 3, preferibilmente un display associato al calcolatore 203. Tale secondo dispositivo di feedback 205 è atto a consegnare seconde informazioni relative al movimento corporeo ricostruito ed al confronto operato. In tal modo, il secondo dispositivo di feedback 205 risulta configurato per consegnare, in base alle seconde informazioni, anche all’operatore 3 almeno un’indicazione sul movimento corporeo. In particolare, l’operatore 3 è un allenatore o un terapista che monitora la sessione dell’utente nella vasca o piscina 2. Preferably, the feedback system comprises at least a second feedback device 205 for an operator 3, preferably a display associated with the computer 203. This second feedback device 205 is adapted to deliver second information relating to the reconstructed body movement and the comparison made. In this way, the second feedback device 205 is configured to deliver, based on the second information, also to the operator 3 at least one indication on body movement. In particular, operator 3 is a coach or a therapist who monitors the user's session in the tub or pool 2.
Vantaggiosamente, il secondo dispositivo di feedback 205 può consegnare una segnalazione di allarme qualora il dispositivo indossabile 100 rilevi una caduta del tronco rispetto all’asse gravitazionale, potenzialmente indicativa di una perdita di equilibrio e di un rischio di annegamento dell’utente nella vasca 2. Advantageously, the second feedback device 205 can deliver an alarm signal if the wearable device 100 detects a fall of the trunk with respect to the gravitational axis, potentially indicative of a loss of balance and a risk of the user drowning in the tank 2.
In generale, il metodo di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione è implementabile nel sistema 200 di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua secondo la presente invenzione. Le caratteristiche di quest’ultimo sono quindi da riferisci anche al metodo, secondo quanto qui descritto. In general, the kinematic detection and monitoring method according to the present invention can be implemented in the kinematic detection and monitoring system 200 of body movements in water according to the present invention. The characteristics of the latter are therefore also to be referred to the method, as described here.
Le Figure 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f illustrano esempi di schermate fornite dal dispositivo di feedback 204 o 205 nell’eventualità di un feedback visivo. L’interfaccia utente è denominata nel seguito interfaccia di “biofeedback”. Figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f illustrate examples of screens provided by the feedback device 204 or 205 in the event of a visual feedback. The user interface is referred to below as "biofeedback" interface.
Il dispositivo di feedback 204 può essere interfacciato anche con utenti in cura medica oppure anziani, fornendo un output il più semplice e comprensibile possibile mantenendo comunque un livello sufficiente di contenuto informativo. Durante la terapia in acqua l’utente non è tipicamente in grado di utilizzare occhiali; gli output visivi essenziali sono stati selezionate per essere opportunamente ben leggibili. The feedback device 204 can also be interfaced with users under medical care or the elderly, providing an output that is as simple and understandable as possible while maintaining a sufficient level of information content. During water therapy, the user is typically unable to use goggles; the essential visual outputs have been selected to be properly legible.
Come visibile nella Figura 3a, l’interfaccia utente comprende preferibilmente due figure umane 301 e 302 stilizzate che rappresentano le posizioni iniziali e finali del movimento, ed un cursore 303 collegato all'articolazione selezionata per essere rappresentativa dell’esercizio, ad esempio l’elevazione della spalla in un range 304. As visible in Figure 3a, the user interface preferably comprises two stylized human figures 301 and 302 representing the starting and ending positions of the movement, and a cursor 303 connected to the joint selected to be representative of the exercise, for example elevation of the shoulder in a range 304.
Come visibile nella Figura 3b, un feedback visivo viene fornito all’utente in base alla sua posizione: diversi colori di sfondo 306 avvisano l’utente quando si avvicina agli obiettivi. Nell’angolo in alto a destra, viene indicato il numero 305 di ripetizioni effettuate sul totale richiesto. As shown in Figure 3b, visual feedback is provided to the user based on his position: different background colors 306 warn the user when he approaches the objectives. In the upper right corner, the number 305 of repetitions performed on the total required is indicated.
Come visibile nella Figura 3c, può essere monitorato un ulteriore angolo di movimento, collegato al biofeedback risultante in un avviso 307, per esempio un punto esclamativo rosso, ogni volta che viene superata una soglia corrispondente. Ad esempio durante gli esercizi sulla spalla, il gomito deve rimanere esteso. In questo caso, l’angolo del gomito può essere selezionato come angolo secondario monitorato. Nell’esempio, quando l’utente flette il gomito oltre una soglia definita dall’operatore, appare il punto esclamativo rosso 307 che ricorda all’utente di mantenere il gomito esteso. As seen in Figure 3c, an additional angle of motion can be monitored, linked to the biofeedback resulting in an alert 307, for example a red exclamation point, whenever a corresponding threshold is exceeded. For example, during shoulder exercises, the elbow must remain extended. In this case, the elbow angle can be selected as a monitored secondary angle. In the example, when the user flexes his elbow beyond a threshold defined by the operator, the red exclamation mark 307 appears, reminding the user to keep the elbow extended.
Sono state progettate tre modalità di biofeedback e in particolare: Three biofeedback modalities have been designed and in particular:
“Biofeedback del controllo di ampiezza”: l'utente è portato ad eseguire un’escursione angolare precedentemente definita dall’operatore a una velocità di auto -stimolazione. L’utente può interrompere in qualsiasi momento. "Amplitude control biofeedback": the user is led to perform an angular excursion previously defined by the operator at a self-stimulation speed. The user can interrupt at any time.
“Biofeedback di controllo ampiezza / velocità”: all’utente è richiesto di eseguire un’escursione angolare precedentemente definita dall’operatore a una velocità definita. Un feedback negativo (quale la tartaruga 308 di Figura 3d) viene fornito quando la velocità di movimento è inferiore a quella richiesta. "Amplitude / speed control biofeedback": the user is required to perform an angular excursion previously defined by the operator at a defined speed. Negative feedback (such as the turtle 308 in Figure 3d) is provided when the movement speed is slower than required.
“Bio feedback Tutor”: all’utente è richiesto di eseguire un’escursione angolare precedentemente definita dall’operatore a una velocità definita seguendo un tutor virtuale. Nella barra di progressione dell'allenamento, accanto al cursore collegato all’angolo articolare scelto per rappresentare l’esercizio (ad es. Elevazione della spalla per gli esercizi di abduzione della spalla / adduzione), viene mostrato un secondo cursore 309 come visibile nella Figura 3e, che rappresenta la posizione di articolazione desiderata). Viene preferibilmente adottato un codice colore verde-giallo-rosso per la barra di escursione angolare affinché la barra avvisi l’utente quando aumenta la distanza assoluta tra i due puntatori. Dopo aver eseguito un movimento completo, all’utente viene chiesto di attendere in posizione di riposo da un conto alla rovescia prima di procedere con la nuova ripetizione. "Bio feedback Tutor": the user is required to perform an angular excursion previously defined by the operator at a defined speed following a virtual tutor. In the training progress bar, next to the cursor connected to the joint angle chosen to represent the exercise (e.g. Shoulder elevation for shoulder abduction / adduction exercises), a second cursor 309 is shown as shown in Figure 3e, which represents the desired articulation position). A green-yellow-red color code is preferably adopted for the angular excursion bar so that the bar alerts the user when the absolute distance between the two pointers increases. After performing a complete movement, the user is asked to wait in the rest position by a countdown before proceeding with the new repetition.
Come visibile nella Figura 3f, durante i movimenti di tutto il corpo viene fornita una modalità di biofeedback dedicata, denominata “Biofeedback di monitoraggio ritmo”: l’interfaccia utente consiste in una silhouette del piede che rappresenta la posizione del movimento di partenza e un indicatore di “passo” , che mostra la performance (valori medi delle ultime 5 ripetizioni, indicate come [step/ minuto]) della sessione in corso. As shown in Figure 3f, a dedicated biofeedback mode is provided during full-body movements, called "Rhythm Monitoring Biofeedback": the user interface consists of a foot silhouette representing the position of the starting movement and an indicator of “step”, which shows the performance (average values of the last 5 repetitions, indicated as [step / minute]) of the current session.
Il sistema di feedback mostra parametri selezionati ottimizzati per i bisogni dell’utente, in modo da consegnare all’utente un feedback online circa la correttezza di esecuzione dell’esercizio di riabilitazione o del movimento in generale. The feedback system shows selected parameters optimized for the user's needs, in order to provide the user with online feedback about the correctness of execution of the rehabilitation exercise or movement in general.
Attraverso l’interfaccia di monitoraggio dell’operatore, preferibilmente visualizzata sul dispositivo di feedback 205, all’operatore è data la possibilità di personalizzare l’esercizio per l’utente corrente e di decidere quali angoli monito rare in tempo reale. È quindi possibile selezionare e customizzare quali parametri sono mostrati dal sistema di feedback, agendo su un’interfaccia a disposizione dell’operatore (terapista o allenatore). Through the operator monitoring interface, preferably displayed on the feedback device 205, the operator is given the opportunity to customize the exercise for the current user and decide which angles to monitor in real time. It is therefore possible to select and customize which parameters are shown by the feedback system, by acting on an interface available to the operator (therapist or coach).
Alla fine di ogni sessione di allenamento, la performance dell’utente viene valutata con un punteggio, per esempio in una scala da 0 a 100, rendendo possibile confrontare rapidamente le sessioni nel tempo, mantenendo l’utente monitorato e motivato At the end of each training session, the user's performance is evaluated with a score, for example on a scale from 0 to 100, making it possible to quickly compare the sessions over time, keeping the user monitored and motivated
Preferibilmente, il calcolatore 203 è operativamente connesso ad almeno una memoria e configurato per memorizzare i dati misurati per un processamento successivo. In tal modo, l’operatore (terapista/ allenatore) può accedere a report dettagliati della sessione di riabilitazione o di movimento corporeo, con la descrizione completa della cinematica di tutti i movimenti dei vari segmenti corporei monitorati, per valutare le performance dell'utente. Preferably, the computer 203 is operationally connected to at least one memory and configured to store the measured data for subsequent processing. In this way, the operator (therapist / coach) can access detailed reports of the rehabilitation or body movement session, with a complete description of the kinematics of all the movements of the various body segments monitored, to evaluate the user's performance.
Applicabilità industriale Industrial applicability
Le applicazioni del sistema presentato spaziano potenzialmente dalla riabilitazione alla preparazione atletica alla ricerca nel campo della cinematica acquatica. The applications of the presented system potentially range from rehabilitation to athletic training to research in the field of aquatic kinematics.
Dato che il biofeedback consente un recupero più rapido ed efficace, il sistema della presente invenzione può essere applicato nella terapia di malattie ortopediche e reumatiche accompagnate da sintomatologia generale: sindromi da dolore subacuto e cronico, riduzione della ROM, recupero post-lesione di tessuto molle o di recupero osseo e postoperatorio; correzione della scoliosi e gestione del dolore, specialmente per il mal di schiena; traumatologia sportiva e trauma della colonna vertebrale. Since biofeedback allows a faster and more effective recovery, the system of the present invention can be applied in the therapy of orthopedic and rheumatic diseases accompanied by general symptoms: subacute and chronic pain syndromes, ROM reduction, post-injury recovery of soft tissue o bone and postoperative recovery; correction of scoliosis and pain management, especially for back pain; sports trauma and spinal trauma.
Il sistema della presente invenzione può essere applicato anche per malattie neurologiche: dove sia il biofeedback sia la condizione di microgravità dell'immersione in acqua (che consente il movimento anche in presenza di deficit significativi di reclutamento di unità motorie) trovano indicazioni precise. The system of the present invention can also be applied to neurological diseases: where both biofeedback and the condition of microgravity of immersion in water (which allows movement even in the presence of significant motor unit recruitment deficits) find precise indications.
I movimenti acquatici guidati dal biofeedback consentono vantaggiosamente la stimolazione delle funzioni cognitive residue dei pazienti. The aquatic movements guided by biofeedback advantageously allow the stimulation of the residual cognitive functions of patients.
Grazie alle funzioni di analisi del movimento, il sistema secondo la presente invenzione potrebbe essere utilizzato in prevenzione, consentendo al medico dì anticipare la rilevazione di cambiamenti nelle condizioni patologiche. Thanks to the movement analysis functions, the system according to the present invention could be used in prevention, allowing the physician to anticipate the detection of changes in the pathological conditions.
Considerando la descrizione qui riportata, il tecnico del ramo potrà congegnare ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche. Le forme di realizzazione qui descritte sono pertanto da intendersi esempi illustrativi e non limitativi dell’invenzione. Considering the description given here, the person skilled in the art will be able to devise further modifications and variations, in order to satisfy contingent and specific needs. The embodiments described here are therefore to be understood as illustrative and non-limiting examples of the invention.
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118609200B (en) * | 2024-05-20 | 2024-12-13 | 中国矿业大学 | Drowning behavior analysis method and drowning prevention system based on multi-target tracking and recognition |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032315A1 (en) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Eldad Shemesh | Training and instructing support device |
| US20120139731A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and method for wireless monitoring of sports activities |
| WO2015110298A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Icura Aps | System and method for mapping moving body parts |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6430997B1 (en) | 1995-11-06 | 2002-08-13 | Trazer Technologies, Inc. | System and method for tracking and assessing movement skills in multidimensional space |
| EP1970005B1 (en) | 2007-03-15 | 2012-10-03 | Xsens Holding B.V. | A system and a method for motion tracking using a calibration unit |
| US20120296235A1 (en) | 2011-03-29 | 2012-11-22 | Rupp Keith W | Automated system and method for performing and monitoring physical therapy exercises |
| GB201204244D0 (en) | 2012-03-09 | 2012-04-25 | Wfs Technologies Ltd | Swimming pool arrangement |
| US10415975B2 (en) | 2014-01-09 | 2019-09-17 | Xsens Holding B.V. | Motion tracking with reduced on-body sensors set |
| ITMI20140136U1 (en) | 2014-04-08 | 2015-10-08 | Milano Politecnico | WEARABLE SYSTEM FOR MONITORING THE SWIMMER'S PERFORMANCE |
| EP3067783A1 (en) | 2015-03-11 | 2016-09-14 | ETH Zurich | Method and system to track human locomotion by relative positional tracking of body parts of the human |
-
2018
- 2018-07-05 IT IT102018000006950A patent/IT201800006950A1/en unknown
-
2019
- 2019-07-01 WO PCT/EP2019/067618 patent/WO2020007802A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008032315A1 (en) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Eldad Shemesh | Training and instructing support device |
| US20120139731A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | At&T Intellectual Property I, L.P. | System and method for wireless monitoring of sports activities |
| WO2015110298A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Icura Aps | System and method for mapping moving body parts |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ANONYMOUS: "Does Wi-Fi work underwater? - Quora", 29 March 2016 (2016-03-29), XP055571269, Retrieved from the Internet <URL:https://www.quora.com/Does-Wi-Fi-work-underwater?share=1> [retrieved on 20190319] * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020007802A1 (en) | 2020-01-09 |
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