IT201800006950A1 - Sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, e relativo metodo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo tecnico

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.

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.

Arte nota

Nel contesto delle terapie termali, le applicazioni riabilitative e sportive coprono una vastità di scenari per esercizi motori che coinvolgono i segmenti corporei.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Pertanto, gli operatori (terapisti o allenatori) necessitano di soluzioni specificamente configurate per la rilevazione ed il monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua.

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.

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.

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.

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.

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.

Sintesi dellinvenzione

Uno scopo della presente invenzione è quello di ovviare ad inconvenienti della tecnica nota.

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.

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.

Un ulteriore scopo particolare della presente invenzione è quello di presentare una rilevazione ed un monitoraggio cinematico di movimenti corporei eseguiti in acqua.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente di rilevare e monitorare movimenti corporei multisegmento in maniera accurata ed affidabile.

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.

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),

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.

Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione è particolarmente adatto alla rilevazione ed al monitoraggio cinematico di movimenti corporei eseguiti in acqua.

Vantaggiosamente, il sistema della presente invenzione consente un processamento ottimizzato dei dati misurati per la ricostruzione del movimento corporeo.

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.

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.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione è illustrata con riferimento alle seguenti figure, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

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.

- La Figura 2 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un sistema di sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico secondo la presente invenzione.

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.

Nelle differenti figure, elementi analoghi saranno identificati da numeri di riferimento analoghi.

Descrizione di dettaglio

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.

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.

Il dispositivo indossabile comprende unità di misura inerziali 101, denominate anche 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.

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.

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 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 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.

Il dispositivo indossabile 100 comprende ulteriormente almeno un nodo master 102, connesso alle unità di misura inerziali 101 per raccogliere i dati misurati.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

La Figura 2 illustra schematicamente una forma di realizzazione di un sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico 200 secondo la presente invenzione.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 ).

I sensori devono essere posizionati sul segmento corrispondente, ma vantaggiosamente non è necessario che l’esatto posizionamento sia ripetibile tra le sessioni.

Gli angoli dei segmenti corporei sono calcolati preferibilmente secondo le convenzioni fonite dalla Società Internazionale di Biomeccanica ( 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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”.

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.

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.

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.

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.

Sono state progettate tre modalità di biofeedback e in particolare:

“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.

“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.

“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.

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.

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.

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).

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

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.

Applicabilità industriale

Le applicazioni del sistema presentato spaziano potenzialmente dalla riabilitazione alla preparazione atletica alla ricerca nel campo della cinematica acquatica.

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.

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.

I movimenti acquatici guidati dal biofeedback consentono vantaggiosamente la stimolazione delle funzioni cognitive residue dei pazienti.

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.

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.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, comprendente: un dispositivo indossabile (100) per un utente ed atto all’utilizzo in acqua, comprendente: almeno due unità di misura inerziali (101) 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 (101) comprendendo sensori configurati per rilevare grandezze cinematiche di detto movimento corporeo e convertirle in dati misurati, - ed ulteriormente comprendente almeno un nodo master (102) connesso a dette almeno due unità di misura inerziali (101) per raccogliere detti dati misurati, detto nodo master (102) essendo ulteriormente configurato per una trasmissione online di detti dati misurati; un sistema di processamento (201) comprendente: - un ricevitore (202) configurato per una ricezione online di detti dati misurati, - ed ulteriormente comprendente un calcolatore (203) operativamente connesso a detto ricevitore (202) 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; un sistema di feedback comprendente: - almeno un dispositivo di feedback (204) 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.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui dette almeno due unità di misura inerziali (101) e detto almeno un nodo master (102) comprendono involucri impermeabili all’acqua.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto nodo master (102) è connesso a dette almeno due unità di misura inerziali (101) mediante almeno una connessione cablata, in particolare una connessione cablata con connettori di tipo impermeabile, detto nodo master (102) essendo almeno parzialmente posizionato, in detto dispositivo indossabile, in una posizione emersa durante detto utilizzo in acqua.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detto nodo master (102) comprende un trasmettitore senza fili online, preferibilmente utilizzante un protocollo di comunicazione Wi-Fi o MiWi.
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti sensori configurati per rilevare grandezze cinematiche comprendono accelerometri, giroscopi e sensori geomagnetici.
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto dispositivo indossabile (100) comprende almeno cinque unità di misura inerziali (101), di cui due (101) sono rispettivamente associabili a porzioni distali di arti, ulteriori due (101) sono rispettivamente associabili a porzioni prossimali di arti, ed una (101) è rispettivamente associabile ad una porzione di tronco di detto utente.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detto calcolatore (203) è configurato per ricostruire detto movimento corporeo in tempo reale mediante calcolo di almeno un angolo relativo tra dette almeno due unità di misura inerziali.
8. 8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui detto sistema di processamento (201) è configurato per eseguire un passo di calibrazione statico ed un successivo passo di calibrazione dinamico per ricostruire detto movimento corporeo di detto utente, in cui detto passo di calibrazione statico è configurato mediante dette almeno due unità di misura inerziali (100) essendo detti almeno due segmenti corporei allineati secondo un medesimo asse, ed in cui detto passo di calibrazione dinamico è configurato mediante rilevazione di una variazione di angolo, preferibilmente di un angolo inferiore a 20 gradi, tra dette almeno due unità di misura inerziali (100) con un movimento corporeo nel piano sagittale di detto utente.
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detti parametri cinematici predefiniti comprendono ampiezza e/o velocità di esecuzione.
10. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detto dispositivo di feedback (204) comprende un display o una cuffia auricolare o un elemento tattile di detto dispositivo indossabile, ed in cui detta almeno un’indicazione fornita a detto utente è di tipo visivo o acustico o tattile.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui detta almeno un’indicazione è configurata per il controllo di ampiezza e/o velocità di esecuzione di detto movimento corporeo di detto utente.
12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10 o 11, in cui detto sistema di feedback comprende almeno un secondo dispositivo di feedback (205) per un operatore, preferibilmente un display, atto a consegnare seconde informazioni relative a detto movimento corporeo ricostruito ed a detto confronto, ed ulteriormente configurato per consegnare, in base a dette seconde informazioni, almeno un’indicazione su detto movimento corporeo a detto operatore.
13. 13. Metodo di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua, in cui un utente indossa ed utilizza in acqua un dispositivo indossabile (100), comprendente: - associare rispettivamente almeno due unità di misura inerziali (101) 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.
14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui si calcola almeno un angolo relativo tra dette almeno due unità di misura inerziali (101) e si ricostruisce detto movimento corporeo di detto utente, ed ulteriormente comprendente: eseguire un passo di calibrazione statico in cui dette almeno due unità di misura inerziali (101) sono su detti almeno due segmenti corporei allineati secondo un medesimo asse, eseguire un successivo passo di calibrazione dinamico, rilevando una variazione di angolo, preferibilmente di un angolo inferiore a 20 gradi, tra dette almeno due unità di misura inerziali (101) con un movimento corporeo nel piano sagittale di detto utente.
15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, implementabile in un sistema (100) di rilevazione e monitoraggio cinematico di movimenti corporei in acqua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.