SISTEMA DE REALIDAD VIRTUAL PARA LA EVALUACIÓN Y EL TRATAMIENTO DE LOS TRASTORNOS MOTORES ASOCIADOS A LAS ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS Y A LA EDAD.

Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad que comprende un módulo de paciente,

a su vez comprendiendo, unas gafas (1) que captan el movimiento de la cabeza del paciente provistas de un dispositivo de pantalla para visualizar una situación virtual, unos marcadores reflectantes (2), unas cámaras de infrarrojos (3) que captan la situación de los marcadores reflectantes (2), un módulo de comunicación (4) que recibe la información captada por las gafas (1) y las cámaras de infrarrojos (3) enviándola a unos medios de procesamiento (5), los medios de procesamiento (5) que generan el escenario de la situación virtual; y un módulo de experto, comprendiendo unos medios de gestión (6) que controlan una pluralidad de variables que modifican y evalúan el escenario de la situación virtual a la que se somete el paciente.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130741.

Solicitante: UNIVERSIDADE DA CORUÑA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CUDEIRO MAZAIRA,Francisco Javier, ARIAS RODRIGUEZ,Pablo, RIVADULLA FERNANDEZ,Casto, FLORES GONZALEZ,Julián Carlos, COTOS YAÑEZ,José Manuel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61B5/11 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61B DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de material biológico G01N, p.ej. G01N 33/48). › A61B 5/00 Medidas encaminadas a establecer un diagnóstico (diagnóstico por medio de radiaciones A61B 6/00; diagnóstico por ondas ultrasónicas, sónicas o infrasónicas A61B 8/00 ); Identificación de individuos. › Medida del movimiento del cuerpo entero o de partes del mismo, p. ej. temblor de la cabeza o de las manos, movilidad de un miembro (para medida del pulso A61B 5/02).
  • G09G5/00 FISICA.G09 ENSEÑANZA; CRIPTOGRAFIA; PRESENTACION; PUBLICIDAD; PRECINTOS.G09G DISPOSICIONES O CIRCUITOS PARA EL CONTROL DE DISPOSITIVOS DE REPRESENTACION QUE UTILIZAN MEDIOS ESTATICOS PARA PRESENTAR UNA INFORMACION VARIABLE (dispositivos de transferencia de datos entre computadores y pantallas digitales G06F 3/14; dispositivos de representación estáticos realizados por la asociación disociable de varias fuentes individuales o de varias celdas individuales que controlan la luz G09F 9/00; dispositivos de representación estáticos realizados por la asociación constructiva indisociable de varias fuentes de luz H01J, H01K, H01L, H05B 33/12; digitalización, transmisión o reproducción de documentos o similares p. ej. transmisión por fax o detalles del mismo H04N 1/00). › Disposiciones o circuitos de control de representación comunes a la representación utilizando tubos de rayos catódicos y a la representación utilizando otros medios de visualización.
SISTEMA DE REALIDAD VIRTUAL PARA LA EVALUACIÓN Y EL TRATAMIENTO DE LOS TRASTORNOS MOTORES ASOCIADOS A LAS ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS Y A LA EDAD.

Fragmento de la descripción:

Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de las tecnologías de la información y las comunicaciones para el desarrollo de sistemas para el tratamiento y la evaluación de los pacientes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los últimos años el avance de la tecnología ha permitido incorporar nuevas herramientas de diagnóstico y tratamiento que facilitan la intervención terapéutica de determinadas patologías. El uso de los sistemas virtuales en el tratamiento de fobias u otros desórdenes mentales ha sido exitoso, y aunque la escasez de estudios controlados impide confirmar su efecto, su integración en los programas terapéuticos de patologías sensoriales y motoras se considera factible. Teóricamente, el entorno virtual ofrece la ventaja principal de controlar y modificar estímulos y acciones del usuario siendo esto muy difícil en un entorno real en el que la variabilidad de los estímulos no es medible y la ejecución de una tarea por parte del paciente está limitada por su discapacidad.

Los efectos terapéuticos dependen en gran medida del sistema de inmersión que se utilice y, aunque existen intentos por diseñar sistemas estándares para unificar los resultados, dicha estandarización todavía no se ha alcanzado por diversas razones: los mejores sistemas virtuales no son accesibles por su elevado coste, en algunos dispositivos todavía existen efectos adversos (como náuseas causadas por el retardo del movimiento virtual) , y todavía no se ha establecido la mínima inmersión suficiente para obtener resultados (ni siquiera se ha observado una correlación entre los efectos y el nivel de presencia en el entorno virtual) .

Era por tanto necesario un sistema que evaluara los trastornos motores, estandarizando los protocolos terapéuticos de realidad virtual, y los estudiara de forma controlada para contrastar de forma consistente los posibles efectos terapéuticos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es desarrollar un sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad. Mediante el sistema propuesto se obtiene el objetivo descrito y se consiguen mejoras respecto a los sistemas conocidos tales como la portabilidad, el bajo coste y la flexibilidad en la creación de distintos entornos virtuales con aplicaciones específicas para la evaluación y el tratamiento de los problemas de movimiento de los miembros superiores, inferiores, la marcha y el equilibrio. Asimismo, el sistema es capaz de integrar registros de parámetros biológicos de los pacientes obtenidos por otros dispositivos periféricos.

El sistema comprende dos módulos, un módulo del paciente y un módulo del experto, que permiten recrear entornos virtuales para evaluar y tratar al paciente, mediante reeducación funcional, sobre las alteraciones del control motor que se dan en pacientes afectados por enfermedades neurodegenerativas (por ej. Parkinson) y personas mayores, como alteraciones en los movimientos de los miembros superiores, alteraciones en el equilibrio y la marcha y problemas de caídas.

El módulo del experto comprende unos medios de gestión a través de los cuales se controlan los parámetros del entorno virtual en el que está inmerso el paciente. Desde el mismo, el experto puede controlar y configurar los protocolos de evaluación de las distintas alteraciones motoras y los programas terapéuticos para cada una de dichas alteraciones motoras.

El módulo del paciente comprende unas gafas, al menos provistas de un acelerómetro triaxial que capta el movimiento de la cabeza del paciente, unos marcadores reflectantes, pasivos o activos, ubicados en posiciones anatómicas, preferentemente manos y piernas, una pluralidad de cámaras de infrarrojos, preferentemente tres para la detección y recreación virtual de los movimientos de los miembros superiores y dos para los miembros inferiores. Dichas cámaras captan la posición de los marcadores reflectantes. En el caso de los movimientos de los miembros superiores la cámara cenital se encarga de capturar los movimientos de ambos brazos en el plano horizontal; una cámara situada a la izquierda del paciente capta los movimientos del miembro derecho en el plano sagital, y del mismo modo la cámara situada a la derecha del paciente, los del miembro izquierdo. En el caso de la marcha, las cámaras ubicadas lateralmente al paciente captan los movimientos en el plano sagital de cada una de las piernas. La información recogida por las cámaras y las gafas la recibe un módulo de comunicación que envía dicha información a unos medios de procesamiento configurados para recrear un entorno virtual.

Las gafas son muy ligeras y llevan incorporados unos acelerómetros que captan y registran los movimientos de la cabeza del paciente. Asimismo, las gafas comprenden un dispositivo de pantalla para cada ojo donde se visualiza la imagen virtual que es generada por los medios de procesamiento del sistema integrando la información de los movimientos manuales y de la marcha que constituyen el módulo paciente. La información recibida por cada ojo es ligeramente diferente por lo que se produce una visión estereoscópica permitiendo una visión tridimensional. Al captar el movimiento de la cabeza, la imagen virtual cambia dependiendo de hacia dónde dirija la cabeza el paciente. Las gafas aíslan de la luz del entorno real y propician la inmersión del paciente en el entorno virtual.

De forma preferente, las cámaras de infrarrojos contarán con una frecuencia de muestreo de 1/200 (0.2KHz) , primordial para que los eventos del entorno real se produzcan a la vez que los virtuales. La frecuencia de muestreo de las cámaras permite obtener en tiempo real una situación virtual modelada por los medios de procesamiento a partir de su interacción con los movimientos capturados del mundo real.

Los medios de procesamiento gestionan la información captada por las cámaras de infrarrojos convirtiendo la información tridimensional del espacio físico real al espacio virtual de una aplicación 3D para generar una determinado entorno virtual configurable de acuerdo con las necesidades. Permiten unificar la información captada por las cámaras y procesarla en tiempo real, así mismo, permiten integrar y sincronizar la información captada con el registro simultáneo de parámetros biológicos de los pacientes obtenidos por otros dispositivos periféricos, como actividad muscular (por electromiografía) , actividad cerebral (por electroencefalografía) , etc., mediante la emisión de pulsos tipo TTL (Transistor-Transistor Logic) .

El espacio virtual de una aplicación 3D se genera a partir de un motor gráfico que al recibir la información captada por las cámaras de infrarrojos genera una determinada situación en un entorno virtual configurable.

La imagen se modela mediante las siguientes técnicas:

• Interposición. La interposición de objetos permite generar estímulos y entornos con profundidad.

• Sombras. Las sombras de los objetos y los segmentos del avatar contribuyen a la perspectiva a proporcionar información sobre la orientación de los elementos.

• Tamaño. Un mismo objeto o miembro del avatar en el campo visual permite generar la percepción de movimiento al modificar progresivamente su tamaño.

• La perspectiva. Las aristas de las paredes o las líneas de la mesa proporcionan información de la profundidad de campo y de las distancias entre los objetos del entorno.

• La textura de las superficies. Las diferentes texturas de las superficies permiten una óptima diferenciación de los objetos.

Una vez modelada la imagen, con la estereoscopía de las gafas se consigue una imagen que se percibe en tres dimensiones.

Del mismo modo que la frecuencia de muestreo de las cámaras, la resolución temporal, el número de imágenes que aparece por segundo, es muy importante para evitar el retardo del movimiento real en la imagen virtual. El sistema, de forma preferente tiene una resolución temporal de 150 imágenes por segundo, lo cual, dado que la frecuencia de la imagen virtual necesaria para que el ojo humano perciba un movimiento como fluido es de entre 20 y 50 imágenes/segundo, aproximadamente y dependiendo del brillo de la imagen, el sistema permite que la captura de movimiento y la reproducción de éste en el entorno virtual sea percibida por el paciente de forma continua y sincrónica con los movimientos realizados.

Adicionalmente, los medios de procesamiento...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, caracterizado por que comprende:

• un módulo de paciente, a su vez comprendiendo:

o unas gafas (1) que comprenden al menos un acelerómetro triaxial que capta el movimiento de la cabeza del paciente y un dispositivo de pantalla para cada ojo a través de los cuales el paciente visualiza una situación virtual;

o una pluralidad de marcadores reflectantes (2) ubicados en posiciones anatómicas que permiten que el sistema conozca la posición que adopta el paciente en cada momento;

o una pluralidad de cámaras de infrarrojos (3) que captan la situación de los marcadores reflectantes (2) ;

o un módulo de comunicación (4) que recibe la información captada por las gafas (1) y por las cámaras de infrarrojos (3) y la envía a unos medios de procesamiento (5) ;

o los medios de procesamiento (5) que generan el escenario de una situación virtual a partir de la información recibida del módulo de comunicación (4) ;

• un módulo de experto, a su vez comprendiendo:

o unos medios de gestión (6) que controlan una pluralidad de variables que modifican y evalúan el escenario de la situación virtual a la que se somete el paciente.

2. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo de experto comprende un módulo de visualización que muestra la situación virtual mostrada al paciente a través de los dispositivos de pantalla.

3. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pluralidad de variables que controlan los medios de gestión comprende los parámetros y los protocolos de evaluación de las distintas alteraciones motoras y los programas terapéuticos para cada una de dichas alteraciones motoras.

4. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las cámaras de infrarrojos (3) tienen una frecuencia de muestreo de 0.2KHz.

5. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las cámaras de infrarrojos (3) capturan imágenes a una resolución temporal de 150 imágenes por segundo.

6. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo de comunicación (4) está configurado para sincronizar el sistema mediante la emisión de pulsos configurables temporalmente con señales biológicas de naturaleza analógica y digital captadas por dispositivos periféricos externos que registran la actividad del paciente.

7. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según la reivindicación 6, caracterizado por que los medios de procesamiento (5) están configurados para integrar y sincronizar las señales biológicas captadas por el módulo de comunicación (4) .

8. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de procesamiento (5) comprenden un motor gráfico que a partir de la información recibida del módulo de comunicación (4) genera una situación virtual.

9. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pluralidad de cámaras de infrarrojos (3) está formada por tres cámaras para la detección de los marcadores reflectantes ubicados en los miembros superiores del paciente y dos cámaras para la detección de los marcadores reflectantes (2) ubicados en los miembros inferiores del paciente.

10. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según la reivindicación 9, caracterizado por que las tres cámaras para la detección de los marcadores reflectantes (2) ubicados en los miembros superiores del paciente comprenden una cámara cenital configurada para capturar los movimientos de los miembros superiores del paciente en el plano

horizontal, una cámara situada a la izquierda del paciente configurada para capturar los movimientos del miembro derecho del paciente en el plano sagital, y una cámara situada a la derecha del paciente configurada para capturar los movimientos del miembro izquierdo del paciente en el plano sagital.

11. Sistema de realidad virtual para la evaluación y el tratamiento de los trastornos motores asociados a las enfermedades neurodegenerativas y a la edad, según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado por que las dos cámaras para la detección de los marcadores reflectantes (2) ubicados en los miembros inferiores del paciente están ubicadas lateralmente al paciente y están configuradas para capturar los movimientos en el plano sagital de cada una de los miembros inferiores.


 

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