SARASOLA ANDREA (DE)
CARMENA RAMON JOSE MIGUEL (US)
MCINTYRE JOSEPH (ES)
UNIV CALIFORNIA (US)
UNIV EBERHARD KARLS TUEBINGEN (DE)
| WO2016076886A1 | 2016-05-19 | |||
| WO2016076886A1 | 2016-05-19 |
| US20100114329A1 | 2010-05-06 | |||
| US20150112451A1 | 2015-04-23 |
| REIVINDICACIONES 1. Un sistema generador para generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona, comprendiendo el sistema generador unos sensores neuromusculares, sensores de movimiento, y un sistema controlador que está configurado para recibir señales neuromusculares obtenidas por los sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de al menos un par de músculos/nervios agonistas y antagonistas de la extremidad sana, siendo obtenidas dichas señales neuromusculares durante la realización por parte de la persona de un ejercicio predefinido con la extremidad sana, estando definido el ejercicio predefinido por datos de ejercicio predefinidos; recibir señales de movimiento obtenidas por los sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad sana, siendo obtenidas dichas señales de movimiento durante la realización por parte de la persona del ejercicio predefinido con la extremidad sana; y generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento mapeando las señales neuromusculares con las señales de movimiento a lo largo del tiempo utilizando un procedimiento de mapeo, con lo que el decodificador neuromuscular-a-movimiento es para uso en la rehabilitación de una extremidad parética. 2. Un sistema generador según la reivindicación 1 , en el que los sensores neuromusculares comprenden uno o más sensores de electromiografía (EMG), y/o uno o más sensores de electro-neurografía (ENG), y/o uno o más sensores de ultrasonido, y/o uno o más sensores ópticos. 3. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los sensores neuromusculares comprenden uno o más sensores invasivos, y/o uno o más sensores no invasivos. 4. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los sensores de movimiento están configurados para generar señales de movimiento como señales de velocidad, y/o señales de posición, y/o señales de par, y/o señales de fuerza, y/o señales de aceleración. 5. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el procedimiento de mapeo comprende un procedimiento de aprendizaje automático, o un procedimiento estadístico, o un procedimiento de exploración de datos, o una combinación de al menos algunos de los mismos. 6. Un sistema generador según la reivindicación 5, en el que el procedimiento de mapeo comprende un procedimiento de máquinas de soporte vectorial, o un procedimiento de red neuronal, o un procedimiento de lógica difusa, o un procedimiento de regresión lineal, o un procedimiento de regresión no lineal, o un procedimiento de regresión Lasso, o un procedimiento de regresión de arista, o un procedimiento de filtro de Kalman, o una combinación de al menos algunos de los mismos. 7. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el sistema controlador está configurado para determinar datos reproducibles del ejercicio predefinido en base a los datos de ejercicio predefinidos; y enviar dichos datos reproducibles a un dispositivo de reproducción con el fin de proporcionar a la persona con indicaciones de audio y/o visuales sobre el ejercicio predefinido a realizar. 8. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende un actuador corporal. 9. Un sistema generador según la reivindicación 8, en el que el actuador corporal es un exoesqueleto robótico configurado para ser montado en la extremidad sana. 10. Un sistema generador según la reivindicación 9, en el que los sensores de movimiento están comprendidos en el exoesqueleto robótico. 1 1. Un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en el que el exoesqueleto robótico está configurado para guiar a la persona en la realización del ejercicio predefinido con la extremidad sana en base a los datos de ejercicio predefinidos. 12. Un sistema de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente usando un decodificador neuromuscular-a-movimiento generado por un sistema generador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 1 , comprendiendo el sistema de rehabilitación unos sensores neuromusculares, sensores de movimiento, y un sistema controlador que está configurado para recibir señales neuromusculares obtenidas por los sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de la extremidad parética correspondientes a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de una extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento, siendo obtenidas las señales neuromusculares durante un intento por parte del paciente de realizar con la extremidad parética un ejercicio predefinido que está definido por datos de ejercicio predefinidos tenidos en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento; proporcionar las señales neuromusculares como input al decodificador neuromuscular-a-movimiento para hacer que el decodificador neuromuscular-a- movimiento genere como output unos primeros comandos de movimiento; recibir señales de movimiento obtenidas por los sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad parética correspondientes a posiciones predefinidas de la extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento, siendo obtenidas las señales de movimiento durante el intento por parte del paciente de realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética; determinar datos de trayectoria que definen una trayectoria a seguir por la extremidad parética en función de una desviación entre las señales de movimiento y los datos de ejercicio predefinido; determinar unos segundos comandos de movimiento en función de los datos determinados de trayectoria a seguir por la extremidad parética; determinar unos comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento; y enviar los comandos finales de movimiento a un actuador corporal asociado a la extremidad parética para controlar el actuador corporal con el fin de estimular al paciente a realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética. 13. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 12, en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento mediante la ponderación de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base a un criterio de ponderación predefinido; y la determinación de los comandos finales de movimiento en base a los primeros y segundos comandos de movimiento ponderados. 14. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 13, en el que el sistema controlador está configurado para ponderar los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base al criterio de ponderación predefinido mediante la comparación de los primeros comandos de movimiento con los segundos comandos de movimiento para obtener un primer indicador de similitud entre los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento; y la determinación de un primer peso para los primeros comandos de movimiento y un segundo peso para los segundos comandos de movimiento en función del primer indicador de similitud, de tal manera que cuanto mayor es el primer indicador de similitud, mayor es el primer peso y menor es el segundo peso; y en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en base a los primeros comandos de movimiento ponderados con el primer peso y los segundos comandos de movimiento ponderados con el segundo peso. 15. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 14, en el que el sistema controlador está configurado para comparar los primeros comandos de movimiento con los segundos comandos de movimiento realizando un procedimiento de error de la raíz cuadrada media normalizada (NRMSE) y/o un procedimiento de coeficiente de correlación. 16. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, en el que el sistema controlador está configurado para determinar el segundo peso como una función del primer peso. 17. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 13, en el que el sistema controlador está configurado para ponderar los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base al criterio de ponderación predefinido mediante la recepción de un input de un usuario que incluye un indicador de evolución de la rehabilitación; y la ponderación de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base al indicador de evolución de la rehabilitación. 18. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 17, en el que el sistema controlador está configurado para ponderar los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base al indicador de evolución de la rehabilitación mediante la determinación de un tercer peso para los primeros comandos de movimiento y un cuarto peso para los segundos comandos de movimiento en función del indicador de evolución de la rehabilitación, de tal manera que cuanto mayor es el indicador de evolución de la rehabilitación, mayor es el tercer peso y menor es el cuarto peso; y en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en base a los primeros comandos de movimiento ponderados con el tercer peso y los segundos comandos de movimiento ponderados con el cuarto peso. 19. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 18, en el que el sistema controlador está configurado para determinar el tercer peso como una función del cuarto peso. 20. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 12, en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento mediante la agregación de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento. 21. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 12, en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento mediante la comparación de los primeros comandos de movimiento con los segundos comandos de movimiento para obtener un segundo indicador de similitud entre los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento; la transformación de los primeros comandos de movimiento en base al segundo indicador de similitud entre los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento; y la determinación de los comandos finales de movimiento en base a los primeros comandos de movimiento transformados y los segundos comandos de movimiento. 22. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 21 , en el que el sistema controlador está configurado para transformar los primeros comandos de movimiento en base a una proyección de los primeros comandos de movimiento sobre los segundos comandos de movimiento. 23. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 13, en el que el sistema controlador está configurado para ponderar los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento en base al criterio de ponderación predefinido mediante la comparación de las señales neuromusculares recibidas con las señales neuromusculares tenidas en cuenta para generar el decodificador neuromuscular-a- movimiento, para obtener un tercer indicador de similitud entre las señales neuromusculares recibidas y las señales neuromusculares tenidas en cuenta para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento; y la determinación de un quinto peso para los primeros comandos de movimiento y un sexto peso para los segundos comandos de movimiento en función del tercer indicador de similitud, de tal manera que cuanto mayor es el tercer indicador de similitud, mayor es el sexto peso y menor es el quinto peso; y en el que el sistema controlador está configurado para determinar los comandos finales de movimiento en base a los primeros comandos de movimiento ponderados con el quinto peso y los segundos comandos de movimiento ponderados con el sexto peso. 24. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 23, en el que el sistema controlador está configurado para determinar datos reproducibles del ejercicio predefinido en base a los datos de ejercicio predefinidos; y enviar dichos datos reproducibles a un dispositivo de reproducción con el fin de proporcionar al paciente con indicaciones de audio y/o visuales sobre el ejercicio predefinido a intentar. 25. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 24, en el que el sistema controlador está configurado para determinar los datos de trayectoria que definen la trayectoria a seguir por la extremidad parética en base a un procedimiento regulador lineal-cuadrático (LQR). 26. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 25, en el que los sensores neuromusculares comprenden uno o más sensores de electromiografía (EMG), y/o uno o más sensores de electro-neurografía (ENG), y/o uno o más sensores de ultrasonidos, y/o uno o más sensores ópticos. 27. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 26, en el que los sensores neuromusculares comprenden uno o más sensores invasivos, y/o uno o más sensores no invasivos. 28. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 27, en el que los sensores de movimiento están configurados para generar las señales de movimiento como señales de velocidad, y/o señales de posición, y/o señales de par, y/o señales de fuerza, y/o señales de aceleración. 29. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 28, que comprende el actuador corporal. 30. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 29, en el que el actuador corporal comprende un exoesqueleto robótico configurado para ser montado en la extremidad parética. 31. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 30, en el que los sensores de movimiento están comprendidos en el exoesqueleto robótico. 32. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 29 a 31 , en el que el actuador corporal comprende un sistema de estimulación eléctrica funcional (FES) y/o un sistema de estimulación neuromuscular basada en ultrasonidos y/o un sistema de estimulación neuromuscular basada en señales ópticas. 33. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 32, que comprende el sistema generador. 34. Un sistema de rehabilitación según la reivindicación 33, en el que los sensores neuromusculares del sistema de rehabilitación y los sensores neuromusculares del sistema generador son los mismos sensores neuromusculares. 35. Un sistema de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 33 o 34, en el que los sensores de movimiento del sistema de rehabilitación y los sensores de movimiento del sistema generador son los mismos sensores de movimiento. 36. Un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a- movimiento a partir de una extremidad sana de una persona, comprendiendo el procedimiento generador recibir señales neuromusculares obtenidas por sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de al menos un par de músculos/nervios agonistas y antagonistas de la extremidad sana, siendo obtenidas dichas señales neuromusculares durante la realización por parte de la persona de un ejercicio predefinido con la extremidad sana, estando definido el ejercicio predefinido por datos de ejercicio predefinidos; recibir señales de movimiento obtenidas por sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad sana, siendo obtenidas dichas señales de movimiento durante la realización por parte de la persona del ejercicio predefinido con la extremidad sana; y generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento mapeando las señales neuromusculares con las señales de movimiento a lo largo del tiempo utilizando un procedimiento de mapeo, con lo que el decodificador neuromuscular-a-movimiento es para uso en la rehabilitación de una extremidad parética. 37. Un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente usando un decodificador neuromuscular-a-movimiento generado por un procedimiento generador según la reivindicación 36, comprendiendo el procedimiento de rehabilitación recibir señales neuromusculares obtenidas por sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de la extremidad parética correspondientes a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de una extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento, siendo obtenidas las señales neuromusculares durante un intento por parte del paciente de realizar con la extremidad parética un ejercicio predefinido que está definido por datos de ejercicio predefinidos tenidos en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento; proporcionar las señales neuromusculares como input al decodificador neuromuscular-a-movimiento para hacer que el decodificador neuromuscular-a- movimiento genere como output unos primeros comandos de movimiento; recibir señales de movimiento obtenidas por sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad parética correspondientes a posiciones predefinidas de la extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento, siendo obtenidas las señales de movimiento durante el intento por parte del paciente de realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética; determinar datos de trayectoria que definen una trayectoria a seguir por la extremidad parética en función de una desviación entre las señales de movimiento y los datos de ejercicio predefinido; determinar unos segundos comandos de movimiento en función de los datos determinados de trayectoria a seguir por la extremidad parética; determinar unos comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento; y enviar los comandos finales de movimiento a un actuador corporal asociado a la extremidad parética para controlar el actuador corporal con el fin de estimular al paciente a realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética. 38. Un procedimiento de rehabilitación según la reivindicación 37, que comprende el procedimiento generador. 39. Un sistema informático que comprende una memoria y un procesador, que incluye instrucciones almacenadas en la memoria y ejecutables por el procesador, comprendiendo las instrucciones una funcionalidad para ejecutar un procedimiento generador según la reivindicación 36 para generar un decodificador neuromuscular- a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona. 40. Un producto de programa informático que comprende instrucciones de programa para hacer que un sistema informático realice un procedimiento generador según la reivindicación 36 para generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona. 41. Un producto de programa informático según la reivindicación 40, incluido en un medio de almacenamiento. 42. Un producto de programa informático según la reivindicación 40, portado por una señal portadora. 43. Un sistema informático que comprende una memoria y un procesador, que incluye instrucciones almacenadas en la memoria y ejecutables por el procesador, comprendiendo las instrucciones una funcionalidad para ejecutar un procedimiento de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 37 o 38 para rehabilitar una extremidad parética de un paciente. 44. Producto de programa informático que comprende instrucciones de programa para hacer que un sistema informático realice un procedimiento de rehabilitación según cualquiera de las reivindicaciones 37 o 38 para rehabilitar una extremidad parética de un paciente. |
La presente divulgación se refiere a procedimientos, sistemas y programas informáticos para rehabilitar una extremidad parética de un paciente.
ANTECEDENTES
Los accidentes vasculares cerebrales causados por derrame cerebral, lesión cerebral o parálisis cerebral son una de las principales causas de discapacidad motora a largo plazo en todo el mundo, y en más del 85% de estos casos se producen déficits funcionales en el control motor. La incidencia de un primer accidente cerebrovascular en Europa es de aproximadamente 1 ,1 millones y la prevalencia de aproximadamente 6 millones. De todos los supervivientes de accidente cerebrovascular que no muestran movimiento activo en las extremidades superiores en su ingreso hospitalario, un 14% mostró una recuperación completa, el 30% mostró una recuperación parcial y el 56% mostró poca o ninguna recuperación, y la gran mayoría conservó la función sensorial.
La electromiografía (EMG) es una técnica médica de electro-diagnóstico para la evaluación y registro de la actividad eléctrica producida por los músculos esqueléticos. Una señal EMG representa el potencial eléctrico generado por las células musculares cuando estas células se activan eléctricamente o neurológicamente. Las señales EMG se utilizan generalmente para detectar anormalidades médicas, nivel de activación, orden de incorporación, o para analizar la biomecánica del movimiento humano o animal.
Son conocidos sistemas y procedimientos para rehabilitar una extremidad parética en el estado de la técnica, los cuales se basan en el uso de señales EMG de la extremidad parética y en la aplicación de un movimiento/fuerza asistivo a través de una herramienta robotizada.
Algunos de dichos sistemas/procedimientos utilizan señales EMG de la extremidad parética como un indicador del esfuerzo global generado, e inician un movimiento asistivo pre-programado cuando la amplitud de la activación muscular sobrepasa un umbral predefinido. Otros sistemas y procedimientos conocidos basados en EMG comprenden unos controladores proporcionales implementados en los que la cantidad de la fuerza asistiva proporcionada es proporcional a la amplitud de la señal EMG registrada de la extremidad afectada.
En algunos otros sistemas y procedimientos conocidos basados en EMG, la dirección y amplitud del movimiento que se intenta realizar se deducen en función de las propias señales EMG (de la extremidad parética). WO2016076886 (A1) divulga un sistema para la rehabilitación motora de una extremidad parética de un paciente que comprende: una primera pluralidad de sensores para el registro de señales neuronales del cerebro del paciente; un actuador corporal (body actuator) acoplable, al menos, a la extremidad parética; una interfaz híbrida cerebro-máquina para decodificar señales neuronales del cerebro en movimientos del actuador corporal. El sistema comprende además: una segunda pluralidad de sensores EMG acoplables a la extremidad parética para el registro de su actividad neuromuscular; medios para proporcionar al paciente instrucciones relativas a una serie de ejercicios y/o tareas a realizar con la extremidad parética; y en el que al realizar una serie de sesiones de entrenamiento, cada sesión comprende al menos un conjunto de dichas instrucciones. La interfaz híbrida cerebro-máquina está configurada para conmutar entre un control de los movimientos del actuador corporal en función de las señales neuronales cerebrales decodificadas y un control híbrido de los movimientos del actuador corporal, cuando se ha registrado un nivel significativo de actividad neuromuscular decodificable, siendo el control híbrido un control cerebral sincronizado con EMG (EMG-gated brain control). La invención también se refiere a un procedimiento para la rehabilitación motora de la extremidad parética.
Un objeto de la presente divulgación es mejorar los procedimientos, sistemas y programas informáticos para rehabilitar una extremidad parética de un paciente.
RESUMEN
En un primer aspecto, se proporciona un sistema generador para generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento (neuromuscular-to-motion decoder) a partir de una extremidad sana de una persona. El sistema generador comprende sensores neuromusculares, sensores de movimiento, y un sistema controlador.
El sistema controlador (del sistema generador) está configurado para recibir señales neuromusculares obtenidas por los sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de al menos un par de músculos/nervios agonistas y antagonistas de la extremidad sana. Las señales neuromusculares son obtenidas durante la realización por parte de la persona de un ejercicio predefinido con la extremidad sana. El ejercicio predefinido está definido por datos de ejercicio predefinidos.
El sistema controlador (del sistema generador) está configurado además para recibir señales de movimiento obtenidas por los sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad sana. Las señales de movimiento son obtenidas durante la realización por parte de la persona del ejercicio predefinido con la extremidad sana. Las posiciones predefinidas de la extremidad sana pueden ser tales que los movimientos resultantes de la actividad neuromuscular (representada por las señales neuromusculares obtenidas) son detectados de forma adecuada por los sensores de movimiento.
El sistema controlador (del sistema generador) está aún configurado además para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento mapeando las señales neuromusculares con las señales de movimiento a lo largo del tiempo utilizando un procedimiento de mapeo.
El sistema generador propuesto puede ser muy útil en el sentido de que el decodificador neuromuscular-a-movimiento producido por el sistema generador puede ser utilizado para la rehabilitación efectiva de una extremidad parética de un paciente.
El decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser una función o módulo matemático que define un mapeo o relación causa-efecto entre ambos tipos de señales, es decir, una evolución a lo largo del tiempo de señales de movimiento (efecto) en función de señales neuromusculares (causa). En un ejemplo, el decodificador neuromuscular-a-movimiento se puede generar en forma de una función matemática usando un procedimiento estadístico, como por ejemplo, un procedimiento de regresión. En otro ejemplo, el decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser un módulo matemático que implementa, por ejemplo, una red neuronal artificial o similar. La función o módulo matemático que implementa el decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser entrenado en base a un procedimiento de aprendizaje automático (machine learning) usando las señales neuromusculares y de movimiento procedentes de la extremidad sana. El decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser utilizado como un modelo que representa qué movimiento se deriva a partir de qué actividad neuromuscular en la extremidad sana. De este modo, el decodificador neuromuscular-a-movimiento se puede utilizar para rehabilitar una extremidad parética de un paciente tomando el decodificador neuromuscular-a-movimiento como un comportamiento neuromuscular de referencia que la extremidad parética debe finalmente conseguir.
El sistema generador puede ser usado para generar una versión inicial del decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona, y dicha versión inicial puede ser enriquecida posteriormente utilizando el sistema generador aplicado a una extremidad sana de otras personas. Por lo tanto, el sistema generador propuesto puede ser utilizado de forma adecuada para obtener un potente decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de varias extremidades sanas, perteneciendo una de dichas extremidades a un paciente a rehabilitar, o no.
En un segundo aspecto, se proporciona un sistema de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente usando un decodificador neuromuscular-a- movimiento generado por un sistema generador como el que se ha descrito anteriormente. El sistema de rehabilitación comprende sensores neuromusculares, sensores de movimiento, y un sistema controlador. La extremidad parética puede ser de un mismo tipo que una extremidad sana tenida en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento.
El sistema controlador (del sistema de rehabilitación) está configurado para recibir señales neuromusculares obtenidas por los sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de la extremidad parética correspondientes a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de una (o más) extremidad(es) sana(s) tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento. Las señales neuromusculares son obtenidas durante un intento por parte del paciente de realizar con la extremidad parética un ejercicio predefinido que está definido por datos de ejercicio predefinidos tenidos en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento.
El sistema controlador (del sistema de rehabilitación) está configurado además para proporcionar las señales neuromusculares como input al decodificador neuromuscular-a-movimiento para hacer que el decodificador neuromuscular-a- movimiento genere como output unos primeros comandos de movimiento. Es decir, se usa la relación causa-efecto entre señales neuromusculares y señales de movimiento procedentes de una (o más) extremidades sanas para inferir un movimiento a realizar por la extremidad parética.
El sistema controlador (del sistema de rehabilitación) está aún configurado además para recibir señales de movimiento obtenidas por los sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad parética correspondientes a posiciones predefinidas de la extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento. Las señales de movimiento son obtenidas durante el intento por parte del paciente de realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética. El sistema controlador (del sistema de rehabilitación) está configurado además para determinar datos de trayectoria que definen una trayectoria a seguir por la extremidad parética en función de una desviación entre las señales de movimiento y los datos de ejercicio predefinidos, y para determinar unos segundos comandos de movimiento en función de los datos determinados de trayectoria a seguir por la extremidad parética.
El sistema controlador (del sistema de rehabilitación) está aún configurado adicionalmente para determinar unos comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento, y para enviar los comandos finales de movimiento a un actuador corporal asociado a la extremidad parética para controlar el actuador corporal con el fin de estimular (o inducir) el paciente a realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética.
El sistema de rehabilitación propuesto permite la inducción de un movimiento "híbrido" de la extremidad parética combinando un componente de movimiento debido a la actividad neuromuscular detectada en la extremidad parética (primeros comandos de movimiento), y otro componente de movimiento destinado a guiar la extremidad parética hacia una trayectoria válida según los datos de ejercicio predefinidos (segundos comandos de movimiento).
Una vez que el paciente ha alcanzado un alto nivel de rehabilitación, el componente de guiado (segundos comandos de movimiento) se puede reducir en gran medida para hacer que la actividad neuromuscular de la extremidad parética (primeros comandos de movimiento) sea el principal inductor de accionamiento del movimiento de la extremidad parética.
Durante las etapas iniciales e intermedias (es decir, no finales) de la rehabilitación, los primeros comandos de movimiento pueden representar un movimiento incorrecto de la extremidad parética y los segundos comandos de movimiento pueden representar una corrección de dicho movimiento incorrecto con el fin de reorientar la extremidad hacia una trayectoria válida según los datos de ejercicio predefinidos.
Este movimiento híbrido puede causar una retroalimentación visual y/o propioceptiva en el paciente cuando el paciente es guiado para completar finalmente el ejercicio. Esta retroalimentación puede proporcionar al paciente información sobre lo correctas que son sus activaciones musculares y, por tanto, puede establecer un sistema de circuito cerrado (closed-loop) que podría causar la activación de mecanismos neuro- plásticos que pueden restaurar la función motora. Otros tipos de retroalimentación que se pueden proporcionar son, por ejemplo, retroalimentación háptica, auditiva, etc.
Los sistemas generador y de rehabilitación propuestos en este documento permiten la predicción de señales cinemáticas (o de movimiento) de la actividad neuromuscular de la extremidad parética y, por lo tanto, el establecimiento de un control mioeléctrico continuo del actuador corporal (por ejemplo, un exoesqueleto). En algunos ejemplos, se puede utilizar un actuador corporal diferente de un exoesqueleto, en cuyo caso se puede(n) necesitar una(s) decodificación(es) adicional(es). Por ejemplo, si se usa un sistema de estimulación eléctrica funcional (FES - Functional eléctrica! stimulation), se pueden mapear las señales de movimiento con señales de electro-estimulación que pueden causar movimientos de la extremidad parética de acuerdo con las señales de movimiento.
Un exoesqueleto y un sistema FES pueden cooperar para funcionar como actuador corporal. Otros sistemas de estimulación neuromuscular basados en, por ejemplo, ondas de ultrasonido y/u ondas ópticas (por ejemplo, ondas infrarrojas) se pueden usar también como actuador corporal, en cooperación o no con un exoesqueleto y/o un sistema FES. La persona tenida en cuenta por el sistema generador para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento y el paciente rehabilitado por el sistema de rehabilitación puede coincidir o no. En el primer caso, se puede conseguir un efecto de espejo (mirrored effecf) en el sentido que el comportamiento neuromuscular de la extremidad sana del paciente puede ser replicado de alguna manera en la extremidad parética del paciente utilizando el sistema de rehabilitación. En el segundo caso, se puede utilizar un decodificador neuromuscular-a-movimiento generado a partir de una o más extremidades sanas de personas diferentes al paciente para rehabilitar el paciente a través del sistema de rehabilitación con resultados también aceptables.
Cuando la persona "procesada" por el sistema generador coincide con el paciente "procesado" por el sistema de rehabilitación, el uso de señales neuromusculares y de movimiento/cinemáticas procedentes de la extremidad sana para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento permite la creación de un modelo de la actividad correcta para el paciente en concreto (subject-specific model of corred: activity).
La participación de pares agonistas y antagonistas de músculos/nervios permite controlar de forma adecuada la sobre-activación compensatoria de músculos/nervios antagonistas en pacientes con derrame cerebrovascular. La provisión de retroalimentación intuitiva basada en un modelo de actividad sana podría inhibir sinergias patológicas y mejorar la reinserción de los patrones correctos y naturales de activaciones musculares/nerviosas.
Se ha demostrado que el sistema de rehabilitación sugerido es aplicable no sólo a pacientes con parálisis leve y moderada, sino también a pacientes con parálisis severa, los cuales a menudo conservan cierta actividad neuromuscular residual a pesar de no ser capaces de producir ningún movimiento de la extremidad afectada. Por lo tanto, pacientes que no son elegibles para muchos procedimientos (y sistemas) de rehabilitación de la técnica anterior pueden beneficiarse del sistema de rehabilitación propuesto.
Este sistema (de rehabilitación) propuesto accionado por actividad neuromuscular (neuromuscular-powered system) puede requerir la activación continua de los músculos/nervios paréticos para inducir el movimiento del actuador corporal, garantizando de este modo el compromiso del paciente en todo momento durante la terapia de rehabilitación. Dados unos comandos finales de movimiento que causan un accionamiento del actuador corporal y dadas unas señales neuromusculares a partir de las cuales se derivan dichos comandos finales de movimiento, pueden transcurrir menos de 300ms entre el accionamiento del actuador corporal y la obtención de las señales neuromusculares. Dicha relación contingente entre la acción y la retroalimentación puede promover eficazmente la plasticidad y, por lo tanto, el aprendizaje y la rehabilitación en el paciente.
Los sistemas generador y de rehabilitación propuestos pueden permitir, de este modo, una rehabilitación eficaz sin la necesidad de procesar señales neuronales del cerebro, como requieren algunos sistemas de la técnica anterior. Por lo tanto, los sistemas generador y de rehabilitación sugeridos pueden ser significativamente más simples y más baratos que los sistemas de la técnica anterior basados en el procesamiento de señales neuronales del cerebro. En algunos ejemplos del sistema generador y/o el sistema de rehabilitación, los sensores neuromusculares pueden comprender uno o más sensores de electromiografía (EMG), y/o uno o más sensores de electro-neurografía (ENG), y/o uno o más sensores de ultrasonidos, y/o uno o más sensores ópticos. Dichos sensores pueden ser invasivos o no.
Los sensores ENG generan señales ENG que representan mediciones de la actividad eléctrica de un nervio, los sensores de ultrasonidos miden propiedades mecánicas de un músculo/nervio en base a ondas de ultrasonido, y los sensores ópticos miden propiedades ópticas de un músculo/nervio en base a ondas ópticas (por ejemplo, ondas infrarrojas).
El sistema generador y/o el sistema de rehabilitación pueden estar constituidos por medios que pueden ser medios electrónicos o medios informáticos utilizados indistintamente. Es decir, una parte de los medios pueden ser medios electrónicos y la otra parte pueden ser medios informáticos, o todos los medios pueden ser medios electrónicos (sistema completamente electrónico) o todos los medios pueden ser medios informáticos (sistema completamente informático). Ejemplos de sistemas que comprenden sólo medios electrónicos puede ser un CPLD (Complex Programmable Logic Device), una FPGA (Field Programmable Gate Array) o un ASIC (Application-Specific Integrated Circuit).
En otras partes de la descripción se divulgan descripciones más detalladas y características opcionales de los sistemas generadores y de rehabilitación.
En un tercer aspecto, se proporciona un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona. El procedimiento generador comprende recibir señales neuromusculares obtenidas por sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de al menos un par de músculos/nervios agonistas y antagonistas de la extremidad sana. Las señales neuromusculares son obtenidas durante la realización por parte de la persona de un ejercicio predefinido con la extremidad sana. El ejercicio predefinido está definido por datos de ejercicio predefinidos. El procedimiento generador comprende además la recepción de señales de movimiento obtenidas por sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad sana. Las señales de movimiento son obtenidas durante la realización por parte de la persona del ejercicio predefinido con la extremidad sana.
El procedimiento generador aún comprende además generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento mapeando las señales neuromusculares con las señales de movimiento a lo largo del tiempo utilizando un procedimiento de mapeo. El decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser utilizado para rehabilitar una extremidad parética.
Dado que el procedimiento generador propuesto es adecuado para ser realizado por el sistema generador, todos los aspectos y principios comentados con respecto al sistema generador se pueden atribuir de manera similar al procedimiento generador.
En un cuarto aspecto, se proporciona un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente usando un decodificador neuromuscular-a-movimiento generado por un procedimiento generador como el descrito anteriormente.
El procedimiento de rehabilitación comprende recibir señales neuromusculares obtenidas por sensores neuromusculares asociados a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de la extremidad parética correspondientes a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de una extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento. Las señales neuromusculares son obtenidas durante un intento por parte del paciente de realizar con la extremidad parética un ejercicio predefinido que está definido por datos de ejercicio predefinidos tenidos en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento.
El procedimiento de rehabilitación comprende además proporcionar las señales neuromusculares como input al decodificador neuromuscular-a-movimiento para hacer que el decodificador neuromuscular-a-movimiento genere como output unos primeros comandos de movimiento.
El procedimiento de rehabilitación aún comprende además recibir señales de movimiento obtenidas por sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad parética correspondientes a posiciones predefinidas de la extremidad sana tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento. Las señales de movimiento son obtenidas durante el intento por parte del paciente de realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética.
El procedimiento de rehabilitación comprende además determinar datos de trayectoria que definen una trayectoria a seguir por la extremidad parética en función de una desviación entre las señales de movimiento y los datos de ejercicio predefinidos, y determinar segundos comandos de movimiento en función de los datos determinados de trayectoria a seguir por la extremidad parética.
El procedimiento de rehabilitación aún comprende además determinar unos comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento, y enviar los comandos finales de movimiento a un actuador corporal asociado a la extremidad parética para controlar el actuador corporal con el fin de estimular (o inducir) el paciente a realizar el ejercicio predefinido con la extremidad parética.
Dado que el procedimiento de rehabilitación propuesto es adecuado para ser realizado por el sistema de rehabilitación, todos los aspectos y principios comentados con respecto al sistema de rehabilitación se pueden atribuir de manera similar al procedimiento de rehabilitación. En un quinto aspecto, se proporciona un sistema informático que comprende una memoria y un procesador, que incluye instrucciones almacenadas en la memoria y que son ejecutables por el procesador, comprendiendo las instrucciones una funcionalidad para ejecutar un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento a partir de una extremidad sana de una persona. Este sistema informático puede ser una parte del sistema generador, es decir, un sistema informático dentro del sistema generador, o puede ser el propio sistema generador.
En un sexto aspecto, se proporciona un sistema informático adicional que comprende una memoria y un procesador, que incluye instrucciones almacenadas en la memoria y que son ejecutables por el procesador, comprendiendo las instrucciones una funcionalidad para ejecutar un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente.
Este sistema informático adicional puede ser una parte del sistema de rehabilitación, es decir, un sistema informático dentro del sistema de rehabilitación, o puede ser el propio sistema de rehabilitación.
En un séptimo aspecto, se proporciona un producto de programa informático que comprende instrucciones de programa para hacer que un sistema informático realice un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a- movimiento a partir de una extremidad sana de una persona.
El sistema informático que ejecuta estas instrucciones de programa puede ser una parte del sistema generador (es decir, un subsistema dentro del sistema generador configurado para reproducir el procedimiento generador descrito anteriormente) o puede ser el propio sistema generador.
En un octavo aspecto, se proporciona un producto de programa informático adicional que comprende instrucciones de programa para hacer que un sistema informático realice un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética de un paciente.
El sistema informático que ejecuta estas instrucciones de programa puede ser una parte del sistema de rehabilitación (es decir, un subsistema dentro del sistema de rehabilitación configurado para reproducir el procedimiento de rehabilitación descrito anteriormente), o puede ser el propio sistema de rehabilitación. Cualquiera de los productos de programa informático antes mencionados puede estar incluido en un medio de almacenamiento (por ejemplo, un CD-ROM, un DVD, una unidad USB, en una memoria de ordenador o en una memoria de sólo lectura) o ser portado por una señal portadora (por ejemplo, una señal portadora eléctrica u óptica).
Cualquiera de dichos programas informáticos puede estar en forma de código fuente, código objeto, una fuente intermedia entre código fuente y código objeto tal como en una forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para su uso en la implementación del procedimiento correspondiente. El portador puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de portar el programa informático.
Por ejemplo, el portador puede comprender un medio de almacenamiento, tal como una ROM, por ejemplo un CD ROM o una ROM semiconductora, o un medio de grabación magnético, por ejemplo un disco duro. Además, el portador puede ser un portador transmisible tal como una señal eléctrica u óptica, que puede ser transmitida a través de cable eléctrico u óptico o por radio o por otros medios.
Cuando cualquiera de los programas informáticos se encuentra en una señal que puede ser transmitida directamente por un cable u otro dispositivo o medio, el portador puede estar constituido por dicho cable u otro dispositivo o medio.
Alternativamente, el portador puede ser un circuito integrado en el que está incorporado el programa informático, estando adaptado el circuito integrado para realizar, o para uso en la realización de, los procedimientos pertinentes.
Estas y otras ventajas y características resultarán evidentes a la vista de la descripción detallada y los dibujos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán ejemplos no limitantes de la presente descripción, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema generador de acuerdo con ejemplos. La Figura 2 es una representación esquemática de un sistema de rehabilitación de acuerdo con ejemplos. La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un procedimiento generador de acuerdo con ejemplos.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un procedimiento de rehabilitación de acuerdo con ejemplos.
Las figuras 5 - 7 son diagramas de flujo que ilustran esquemáticamente varios ejemplos de determinar los comandos finales de movimiento en función de primeros y segundos comandos de movimiento, en el contexto de un procedimiento de rehabilitación similar al mostrado en la Figura 4.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE EJEMPLOS
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente un ejemplo de sistema generador, y en la Figura 2 se muestra esquemáticamente un ejemplo de sistema de rehabilitación. El sistema generador puede estar comprendido en el sistema de rehabilitación o no.
El sistema generador 100 puede estar configurado para ser aplicado a un brazo sano 1 10 pero, en otros ejemplos, el sistema 100 podría estar configurado para ser aplicado a una pierna sana. El sistema generador 100 puede comprender una pluralidad de sensores neuromusculares 101 - 104, una unidad de control 106 y correspondientes conexiones 105 que conectan los sensores neuromusculares 101 - 104 y la unidad de control 106. En el caso particular mostrado, las conexiones 105 son conexiones cableadas. Sin embargo, la totalidad o parte de dichas conexiones pueden ser inalámbricas. El sistema generador 100 puede comprender además un sistema informático (o controlador) 109.
Los sensores neuromusculares 101 - 104 pueden comprender sensor(es) EMG y/o sensor(es) ENG y/o sensor(es) de ultrasonido y/o sensor(es) óptico(s) con el mismo propósito. Los sensores neuromusculares 101 - 104 pueden ser invasivos o no. La unidad de control 106 puede comprender un amplificador de señales neuromusculares 107 para amplificar señales neuromusculares analógicas procedentes de los sensores neuromusculares 101 - 104, y un convertidor analógico-digital 108 para convertir señales neuromusculares amplificadas en señales neuromusculares digitales.
Un primer conjunto de sensores neuromusculares 101 , 102 puede estar configurado para su aplicación a un primer par de músculos/nervios agonistas y antagonistas del brazo (o pierna) 1 10. Un segundo conjunto de sensores neuromusculares 103, 104 pueden estar configurados para su aplicación a un segundo par de músculos/nervios agonistas y antagonistas del brazo (o pierna) 1 10. Otras configuraciones de sensores diferentes de la mostrada también son posibles. Por ejemplo, el número de sensores aplicados a un agonista y a su antagonista puede no coincidir, es decir, números de sensores no equilibrados también son posibles.
Los sensores (por ejemplo, electrodos) 101 - 104 pueden ser, por ejemplo, electrodos de superficie bipolares con gel conductor, y se pueden proporcionar (o no) como una matriz con una alta densidad de electrodos. Los sensores (por ejemplo, electrodos) 101 - 104 pueden estar configurados para ser adheridos (o, en algunos ejemplos, implantados) a la piel del paciente para detectar actividad neuromuscular en correspondientes ubicaciones musculares y/o nerviosas. Los sensores 101 - 104 pueden comprender, por ejemplo, sensores (por ejemplo, electrodos) subcutáneos. El sistema generador puede comprender además sensores de movimiento (no mostrados) que incluyen, por ejemplo, sensores inerciales, magnéticos u ópticos (tales como por ejemplo acelerómetros, giroscopios, etc.) dispuestos y configurados para proporcionar funcionalidades de detección y cuantificación de movimientos. Estos sensores pueden estar incluidos (o integrados) en dispositivos adecuados, tales como, por ejemplo, guantes de datos o similares, o incluso en un exoesqueleto movible por la extremidad sana con o sin funcionalidades de guiado para guiar a la extremidad sana a realizar un ejercicio predefinido.
La unidad de control 106 puede estar conectada al sistema informático 109 de tal manera que el ordenador 109 puede recibir señales neuromusculares procedentes de los sensores 101 - 104 durante la realización de un ejercicio predefinido. También pueden existir conexiones adecuadas entre los sensores de movimiento y el sistema informático 109 para que el ordenador 109 reciba señales de movimiento generadas por los sensores de movimiento.
El sistema informático 109 puede comprender una memoria y un procesador. La memoria puede almacenar un programa informático que comprende instrucciones que son ejecutables por el procesador para causar la realización de un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a- movimiento a partir de una extremidad sana. Este programa informático "generador" puede ser un programa independiente o puede requerir la carga de módulo(s) externo(s) u otros componentes de software.
Un decodificador neuromuscular-a-movimiento resultante se puede almacenar en un repositorio (por ejemplo, un disco duro) asociado al sistema informático 109. Este repositorio puede ser local o remoto con respecto al sistema informático 109.
La Figura 2 es una representación esquemática de un sistema de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética, de acuerdo con ejemplos. El sistema de rehabilitación puede comprender una configuración similar a la mostrada en la Figura 1 , con sensores neuromusculares para la obtención de señales que representan la actividad neuromuscular de la extremidad parética durante la ejecución de un ejercicio predefinido. Este ejercicio predefinido puede ser el mismo que el tenido en cuenta para obtener el decodificador neuromuscular-a-movimiento que se utilizará para rehabilitar la extremidad parética. El sistema de rehabilitación puede comprender además sensores de movimiento y un correspondiente sistema informático (o controlador) 109.
En algunos ejemplos, un sistema generador como el que se muestra en la Figura 1 puede estar comprendido en un sistema de rehabilitación, tal como el que se muestra en la Figura 2. En este caso, los sensores neuromusculares utilizados para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento pueden ser reutilizados para obtener señales neuromusculares de una extremidad parética a rehabilitar. El mismo sistema informático 109 se puede emplear para por ejemplo ejecutar tanto un procedimiento generador como un procedimiento de rehabilitación según se explica en otras partes de la descripción.
En el caso particular de la Figura 2, se muestra un exoesqueleto robótico 200 (como actuador corporal) configurado para ser aplicado a un brazo 201. Sin embargo, en otros ejemplos, el exoesqueleto robótico 200 puede ser montable en una pierna. En otros ejemplos, el actuador corporal puede ser un sistema de estimulación eléctrica funcional (FES), o cualquier otro tipo de sistema que pueda proporcionar al paciente una retroalimentación de su actividad neuromuscular. En otros ejemplos, un exoesqueleto y un sistema FES pueden cooperar para funcionar como un actuador corporal híbrido o similar. También se pueden usar sistemas de estimulación neuromuscular basados en ondas de ultrasonidos y/u ondas ópticas, en combinación o no con un exoesqueleto y/o un sistema FES para actuación corporal. El exoesqueleto robótico 200 puede ser movible de acuerdo con un número de grados de libertad de manera que permita el movimiento de diferentes segmentos de un brazo 201 , como por ejemplo parte superior del brazo (no mostrada), antebrazo 203, muñeca 204 y dedos 205. El exoesqueleto 200 puede estar configurado para permitir movimientos funcionales del brazo (o pierna).
En ejemplos particulares, el exoesqueleto robótico 200 puede comprender una base móvil 202 y un módulo de mano 210 que puede ser montable en la base móvil 202.
La base móvil 202 puede tener, en algunos ejemplos, tres grados de libertad y (opcionalmente) puede incluir una cámara para el seguimiento de movimientos bidimensionales de la base sobre un plano de referencia. Otras cantidades de grados de libertad diferentes de tres pueden ser considerados en otros ejemplos.
El módulo de mano 210 puede tener, en algunos ejemplos, cuatro grados de libertad y (opcionalmente) puede estar configurado para realizar el seguimiento del movimiento de la muñeca 204 y/o dedos 205. Otros números de grados de libertad pueden ser considerados en diferentes ejemplos. El exoesqueleto robótico 200 puede comprender unos motores 206 - 208, estando cada uno configurado para provocar el movimiento del exoesqueleto en un correspondiente grado de libertad. En aras de la simplicidad, sólo algunos motores 206-208 se indican en la figura. El exoesqueleto 200 puede, sin embargo, comprender otras cantidades de motores, en función de, por ejemplo, el número de grados de libertad en consideración.
Un controlador de los motores 206 - 208 del exoesqueleto 200 puede ser conectable al sistema informático 109 a través de una conexión 209 que puede ser, por ejemplo, una conexión USB. Otros tipos de conexiones son también posibles, tal como por ejemplo conexiones inalámbricas.
Diferentes motores 206 - 208 del exoesqueleto 200 pueden comunicarse entre ellos a través de una comunicación CAN, de modo que se puede definir un canal de comunicación adecuado entre el sistema informático 109 y los motores 206 - 208.
El exoesqueleto 200 también puede proporcionar funcionalidades de detección y cuantificación de movimiento. Estas funcionalidades se pueden proporcionar a través de, por ejemplo, codificadores rotatorios (un tipo de sensores de movimiento) configurados para generar señales de movimiento que representan condiciones de movimiento asociadas a diferentes grados de libertad. Un codificador (rotatorio) puede estar incluido en un motor 206 - 208 correspondiente. Sensores de movimiento similares a los descritos con referencia al sistema generador (de la Figura 1) también pueden estar comprendidos en el sistema de rehabilitación (de la Figura 2). En el caso de que el sistema generador esté comprendido en el sistema de rehabilitación, los sensores de movimiento del sistema generador pueden ser reutilizados para participar en la rehabilitación de una extremidad parética.
En cualquier caso, con respecto a los sensores de movimiento de un sistema generador o de un sistema de rehabilitación o una combinación de los mismos, una condición de movimiento (detectada por un sensor de movimiento) puede comprender, por ejemplo, al menos una de entre una posición, una velocidad, una aceleración, un par, una fuerza etc. en un determinado grado de libertad.
Adicionalmente o alternativamente a los codificadores descritos anteriormente, se pueden utilizar sensores inerciales, magnéticos u ópticos conocidos integrados en dispositivos adecuados, tales como, por ejemplo, guantes de datos, o en partes del exoesqueleto, para implementar las funcionalidades de detección y cuantificación de movimientos. El(los) canal(es) de comunicación establecido(s) entre el sistema informático 109 y los motores 206 - 208 del exoesqueleto 200 puede permitir al sistema informático 109 recibir las señales de movimiento (procedentes de los codificadores). Como se explica en detalle en otras partes de la descripción, dichas señales de movimiento pueden ser procesadas de forma adecuada por el sistema informático 109 en el contexto de procedimientos para rehabilitar una extremidad parética.
El(los) canal(es) de comunicación entre el sistema informático 109 y los motores 206 - 208 del exoesqueleto 200 puede(n) permitir que el sistema informático 109 genere y envíe comandos (finales) de movimiento al exoesqueleto 200. Estos comandos (finales) pueden inducir el movimiento del exoesqueleto 200 según se requiera en el contexto de procedimientos para rehabilitar una extremidad parética. En otras partes de la descripción se describen detalles sobre esto.
La cámara incluida en la base móvil 202 también puede ser conectable al sistema informático 109 a través de, por ejemplo, una conexión USB o una conexión inalámbrica y/u opcionalmente puede permitir la determinación de posiciones bidimensionales de la base 202 sobre el plano de referencia. Dichas posiciones se pueden determinar, por ejemplo, mediante la decodificación de códigos de datos de matriz (Data-matrix codes) impresos en una tabla que define el plano de referencia.
El exoesqueleto 200 puede estar configurado para ser aplicado indistintamente a un brazo/pierna sano (derecho o izquierdo), y a un brazo/pierna parético (derecho o izquierdo). De esta manera, se puede usar el mismo exoesqueleto 200 para realizar tanto un procedimiento generador con extremidad(es) sana(s) como un procedimiento de rehabilitación con una extremidad parética. En otras partes de la descripción se explica en detalle cómo se puede utilizar el exoesqueleto en dichos procedimientos generador y de rehabilitación.
Alternativamente a un exoesqueleto, como el de la Figura 2, el sistema de rehabilitación puede comprender otro tipo de actuador corporal, como por ejemplo, un sistema de estimulación neuromuscular, o una combinación de los mismos. Ejemplos de sistemas de estimulación neuromuscular son, por ejemplo, un sistema de estimulación eléctrica funcional (FES), un sistema de estimulación neuromuscular basado en ondas de ultrasonido, un sistema de estimulación neuromuscular basado en ondas ópticas, etc.
El sistema de estimulación neuromuscular (por ejemplo, sistema FES) puede estar configurado para proporcionar funcionalidades de inducción de movimientos sustancialmente equivalentes a las proporcionadas por el exoesqueleto según se ha descrito anteriormente. Es decir, en base a comandos de movimiento recibidos, el sistema (FES) puede (electro) estimular el brazo (o pierna) 201 de manera que se induzcan los movimientos requeridos del brazo (o pierna) 201 con los mismos resultados o similares que si se utilizara el exoesqueleto. Si se utiliza un sistema de estimulación neuromuscular (por ejemplo FES) como actuador corporal, se pueden tener en cuenta unas direcciones de movimiento permitidas sustancialmente equivalentes a los grados de libertad descritos en relación con el exoesqueleto. Es decir, en el caso de utilizar un sistema FES en lugar de un exoesqueleto, el brazo 201 puede ser electro estimulado con el fin de causar el movimiento del brazo 201 sólo en dichas direcciones de movimiento permitidas.
La memoria del sistema informático 109 puede almacenar, además, un programa informático que comprende instrucciones que son ejecutables por el procesador para realizar un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar una extremidad parética. Este programa de "rehabilitación" puede ser un programa independiente con respecto al programa "generador" descrito en relación a la figura 1 , o no. En este último caso, el programa de "rehabilitación" y el programa "generador" pueden ser diferentes subprogramas (o sub-módulos) de un mismo programa informático que proporciona ambos tipos de funcionalidades (generador y rehabilitación). El decodificador neuromuscular-a-movimiento que usará el sistema de rehabilitación puede ser recuperado de un repositorio (por ejemplo, disco duro) asociado al sistema informático 109. Este repositorio puede ser local o remoto con respecto al sistema informático 109.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un ejemplo de un procedimiento generador para generar un decodificador neuromuscular-a- movimiento a partir de una extremidad sana. Este procedimiento generador puede tener en cuenta señales (neuromusculares y de movimiento) procedentes de un brazo sano de una persona durante la ejecución de un ejercicio predefinido por parte de la persona con el brazo sano.
Este procedimiento generador se puede realizar usando un sistema generador igual o similar a los descritos antes con referencia a las figuras anteriores. Por lo tanto, se podrán incluir referencias a dichas figuras anteriores a lo largo de la siguiente descripción sobre la figura 3.
En el bloque 300, el procedimiento puede ser iniciado como consecuencia de la recepción de una condición de inicio, tal como por ejemplo una petición de usuario introducida por un operador del sistema generador.
En este punto, se puede solicitar a la persona que realice el ejercicio predefinido con el brazo sano. El ejercicio predefinido puede estar definido por datos de ejercicio predefinidos que se encuentran disponibles en el sistema informático 109.
En algunos ejemplos, el sistema informático 109 puede procesar los datos de ejercicio predefinidos para generar datos reproducibles y enviarlos a un sistema de reproducción, con el fin de proporcionar instrucciones de audio y/o visuales a la persona sobre cómo realizar el ejercicio predefinido.
En el bloque 301 , se pueden recibir señales neuromusculares (por parte del sistema informático 109) procedentes de sensores neuromusculares 101 - 104 acoplados al brazo sano, durante la ejecución del ejercicio predefinido. Los sensores neuromusculares 101 - 104 pueden estar acoplados a regiones del brazo sano asociadas a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas de al menos un par de músculos/nervios agonistas y antagonistas del brazo sano. El acoplamiento de los sensores neuromusculares 101 - 104 puede ser igual o similar al acoplamiento mostrado en la Figura 1 , por ejemplo.
En el bloque 302, se pueden recibir señales de movimiento procedentes de sensores de movimiento asociados a posiciones predefinidas de la extremidad sana, durante la realización del ejercicio predefinido. La naturaleza de dichos sensores de movimiento y las correspondientes señales de movimiento se explican en detalle en otras partes de la descripción, en cualquier caso de uso de un exoesqueleto o un sistema de estimulación (por ejemplo sistema FES) o una combinación de los mismos. En el bloque 303, se puede generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento para cada uno o algunos de los grados de libertad (en ejemplos basados en exoesqueleto) o direcciones de movimiento permitidas (en ejemplos basados en un sistema de estimulación) en consideración. Dado un grado de libertad (o dirección de movimiento permitida) en particular, se puede generar un decodificador neuromuscular-a-movimiento mapeando las señales neuromusculares y las señales de movimiento recibidas correspondientes a dicho grado de libertad (o dirección de movimiento permitida). También es posible generar un solo decodificador neuromuscular-a-movimiento con diferentes outputs correspondientes a diferentes grados de libertad.
Un decodificador neuromuscular-a-movimiento puede ser, por ejemplo, una función matemática o módulo matemático que define una relación de causa-efecto entre ambos tipos de señales, es decir, una evolución a lo largo del tiempo de señales de movimiento (efecto) en función de señales neuromusculares (causa).
Se pueden usar una diversidad de procedimientos de mapeo para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento, tal como por ejemplo procedimientos de aprendizaje automático (machine learning), procedimientos estadísticos, procedimientos de exploración de datos (datamining), etc., o una combinación de al menos algunos de los mismos. En particular, se puede usar regresión lineal, regresión no lineal, regresión Lasso, regresión de arista (ridge regression), filtro de Kalman, máquinas de soporte vectorial (support vector machiné), redes neuronales, lógica difusa (fuzzy logic), etc. para dicho fin.
Por ejemplo, un módulo matemático puede ser el resultado de, por ejemplo, entrenar un modelo de aprendizaje automático basado en las señales neuromusculares y señales de movimiento recibidas. Por tanto, dicho entrenamiento puede resultar en un módulo matemático configurado para producir como output valores de movimiento correspondientes a valores neuromusculares de input.
En otros ejemplos, las señales neuromusculares y de movimiento recibidas (para diferentes grados de libertad o direcciones de movimiento permitidas en consideración) pueden ser correlacionadas (mapeadas), de modo que se modela una forma o perfil de una "nube" de puntos correspondientes a las señales neuromusculares y de movimiento a lo largo del tiempo. Dicha correlación puede resultar en una función que está configurada para producir como output valores de movimiento correspondientes a valores neuromusculares de input de acuerdo con dicha modelización de la nube de puntos neuromuscular-movimiento.
La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un procedimiento de rehabilitación para rehabilitar un brazo (o pierna) parético de un paciente. Este procedimiento de rehabilitación puede utilizar el (los) decodificador(es) neuromuscular-a-movimiento generado(s) por un procedimiento generador como el descrito con referencia a la Figura 3.
Este procedimiento de rehabilitación puede tener en cuenta señales (neuromusculares y de movimiento) del brazo parético del paciente durante un intento por parte del paciente de realizar el ejercicio predefinido con el brazo parético.
Este procedimiento de rehabilitación se puede realizar usando un sistema de rehabilitación similar a los descritos antes con referencia a las figuras anteriores. Un programa informático que implementa el procedimiento de rehabilitación puede estar almacenado en y ser realizado por el sistema informático 109. Se podrán incluir referencias a las figuras anteriores también a lo largo de la siguiente descripción de la figura 4.
En el bloque 400, el procedimiento de rehabilitación se puede iniciar cuando lo desee un operador del sistema de rehabilitación. Por lo tanto, el procedimiento de rehabilitación puede ser iniciado al recibir una correspondiente solicitud introducida por el operador, por ejemplo.
En el bloque 401 , se pueden recibir señales neuromusculares (por parte del sistema informático 109) procedentes de sensores neuromusculares 101 - 104 acoplados al brazo parético, durante la ejecución del ejercicio predefinido.
El acoplamiento de los sensores neuromusculares 101 - 104 puede ser tal que los sensores neuromusculares están asociados con ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas del brazo (o pierna) parético correspondientes a ubicaciones musculares y/o nerviosas predefinidas del brazo (o pierna) sano tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a-movimiento que se va a utilizar.
El sistema de rehabilitación puede proporcionar instrucciones de audio y/o visuales al paciente de cómo realizar el ejercicio predefinido.
En el bloque 402, las señales neuromusculares pueden ser proporcionadas como input al decodificador neuromuscular-a-movimiento generado por el procedimiento generador correspondiente, para hacer que el decodificador neuromuscular-a- movimiento produzca como output unos primeros comandos de movimiento en diferentes grados de libertad (en ejemplos basados en exoesqueleto) o direcciones de movimiento permitidas (en ejemplos basados en estimulación, por ejemplo FES) en consideración. Los primeros comandos de movimiento pueden ser entendidos como inductores de un movimiento debido a la actividad neuromuscular del brazo parético, de acuerdo con una relación de causa-efecto entre la actividad neuromuscular (causa) y movimiento (efecto) del correspondiente brazo sano, determinada previamente en el procedimiento generador. En las etapas iniciales de la rehabilitación, dichos primeros comandos de movimiento probablemente pueden definir un cierto movimiento errático del brazo, de modo que inicialmente se puede atribuir un peso reducido a los primeros comandos de movimiento.
En el bloque 403, se pueden recibir señales de movimiento procedentes de sensores de movimiento (del sistema de rehabilitación) asociados a posiciones predefinidas del brazo (o pierna) parético correspondientes a posiciones predefinidas del brazo (o pierna) sano tenidas en cuenta en la generación del decodificador neuromuscular-a- movimiento.
Estas señales de movimiento pueden representar el movimiento que el brazo parético está siguiendo realmente en los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración. El movimiento seguido realmente por el brazo parético puede no coincidir con la trayectoria que se debe seguir según definen los datos de ejercicio predefinidos.
En el bloque 404, se pueden determinar datos de trayectoria que definen una trayectoria a seguir por el brazo parético en función de una desviación entre las señales de movimiento y los datos de ejercicio predefinidos, en los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
Los datos de trayectoria determinados pueden ser entendidos como la definición de una trayectoria corregida del movimiento seguido realmente por el brazo parético (de acuerdo con las señales de movimiento recibidas) para redirigir el movimiento del brazo hacia una trayectoria válida (de acuerdo con los datos de ejercicio predefinidos).
En las fases finales de la rehabilitación, la trayectoria definida por las señales de movimiento recibidas y la trayectoria definida por los datos de ejercicio predefinidos pueden coincidir sustancialmente, en cuyo caso puede no considerarse la reorientación del movimiento del brazo.
En el bloque 405, se pueden determinar unos segundos comandos de movimiento en función de los datos de trayectoria determinados que debe seguir la extremidad parética, en los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
Los segundos comandos de movimiento pueden ser entendidos como inductores de un movimiento correctivo para redirigir (si es necesario) el brazo parético hacia una trayectoria válida de acuerdo con los datos de ejercicio predefinidos.
En algunos ejemplos, se puede usar un procedimiento regulador lineal-cuadrático (LQR - linear-quadratic regulator) para determinar los datos de trayectoria en el bloque 404, y para determinar los segundos comandos de movimiento en el bloque 405.
En el bloque 406, se pueden determinar unos comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento (procedentes del bloque 402) y los segundos comandos de movimiento (procedentes del bloque 405), en los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
Los comandos finales de movimiento pueden, por lo tanto, ser entendidos como una combinación de inductores de movimiento debido a la actividad neuromuscular del brazo parético (primeros comandos de movimiento) e inductores de movimiento para redirigir (si es necesario) el brazo parético hacia una trayectoria válida (segundos comandos de movimiento).
En el bloque 407, los comandos finales de movimiento se pueden enviar al actuador corporal (exoesqueleto robótico y/o sistema de estimulación, por ejemplo, FES) con el fin de estimular (o inducir) de forma adecuada el paciente para que realice el ejercicio predefinido con el brazo (o pierna) parético.
La ejecución de los comandos finales de movimiento por parte del actuador corporal puede provocar una retroalimentación visual y propioceptiva sobre lo correctas que son las activaciones musculares/nerviosas del paciente. El actuador corporal induce un movimiento "híbrido" en el brazo parético combinando un componente de movimiento incorrecto debido a actividad neuromuscular incorrecta, y una componente de movimiento correctivo destinado a redirigir el brazo hacia una trayectoria válida (para completar el ejercicio predefinido con éxito). En las etapas finales de rehabilitación, la actividad neuromuscular en el brazo parético puede ser correcta o mínimamente incorrecta, en cuyo caso el componente correctivo puede ser sustancialmente insignificante. Los bloques 401 - 407 pueden ser realizados continuamente hasta la compleción del ejercicio predefinido con el brazo parético. En este caso, el procedimiento de rehabilitación pasa al bloque final 408.
La determinación de los comandos finales de movimiento en función de los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento, en los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración, se puede realizar de diferentes maneras.
La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un ejemplo de la determinación de los comandos finales de movimiento en función de los primeros y segundos comandos de movimiento, en el contexto de un procedimiento de rehabilitación similar al descrito con referencia a la Figura 4.
En el bloque 500, se pueden comparar los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento para obtener un primer indicador de similitud, en cada uno o algunos de los grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración. Esta comparación se puede realizar, en algunos ejemplos, utilizando un procedimiento de error de la raíz cuadrada media normalizada (NRMSE - normalized root-mean-square error) y/o un procedimiento de coeficiente de correlación.
En ejemplos alternativos, el indicador de similitud se puede determinar (con resultados similares) mediante la comparación de las señales neuromusculares (de la extremidad parética) y las señales neuromusculares (de la extremidad sana) tenidas en cuenta para generar el decodificador neuromuscular-a-movimiento. En este caso, por ejemplo, el sistema informático 109 puede almacenar las señales neuromusculares de la extremidad sana, junto con el decodificador neuromuscular-a- movimiento. En el bloque 501 , se puede determinar un primer peso para los primeros comandos de movimiento y un segundo peso para los segundos comandos de movimiento en función del primer indicador de similitud (obtenido en el bloque anterior 500). La determinación del primer peso y el segundo peso puede ser tal que cuanto mayor es el primer indicador de similitud, mayor es el primer peso y menor es el segundo peso. En ejemplos particulares, el segundo peso se puede determinar como una función del primer peso. En el bloque 502, se pueden determinar los comandos finales de movimiento en base a los primeros comandos de movimiento ponderados con el primer peso y los segundos comandos de movimiento ponderados con el segundo peso.
Por ejemplo, los comandos finales de movimiento se pueden determinar de acuerdo con la siguiente fórmula:
^ final = Vneuro * i + Vassist * w 2 = V neuro * w x + V assist * (1 - w x ) Formula 1 en la que Vf inal es un comando final de movimiento (por ejemplo, velocidad), V neuro es un primer comando de movimiento (debido a actividad neuromuscular), w x es un primer peso, V assist es un segundo comando de movimiento (para redirigir hacia trayectoria válida) y w 2 es un segundo peso.
El primer peso w x puede ser un valor entre 0 y 1 , y el segundo peso w 2 puede ser igual a l - 1 (según se indica en la segunda parte de la Fórmula 1). De esta manera, w = 0 implica que w 2 = 1 y Vf inal = V assist que significa que el actuador corporal induce en el brazo un movimiento completamente asistivo (se ignora la actividad neuromuscular). Por consiguiente, w 1 = 1 implica que w 2 = 0 y Vf inal =
Vneuro °í ue significa que el actuador corporal induce en el brazo un movimiento totalmente dependiente de la actividad neuromuscular (se ignora el componente asistivo). Cuanto más similares son los primeros comandos de movimiento V neuro (actividad neuromuscular) con respecto a los segundos comandos de movimiento V assist (control asistivo), mejor se puede considerar la actividad neuromuscular generada por el paciente en el brazo parético. Por lo tanto, en este caso, los comandos finales de movimiento Vf inal se pueden calcular con una mayor influencia de V neuro (w x mayor) y menor influencia de V assist (w 2 inferior).
El algoritmo de acuerdo con la Figura 5 y, en particular, con la Fórmula 1 se puede aplicar para cada uno o algunos de los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un ejemplo adicional de la determinación de los comandos finales de movimiento en función de los primeros y segundos comandos de movimiento.
En el bloque 600, se puede recibir un input de un usuario, como por ejemplo, un operador del sistema de rehabilitación, que incluye un indicador de evolución de la rehabilitación del paciente. Este indicador puede ser predeterminado a partir de ejecuciones anteriores del procedimiento de rehabilitación, por ejemplo.
En el bloque 601 , se puede determinar un tercer peso para los primeros comandos de movimiento y se puede determinar un cuarto peso para los segundos comandos de movimiento, en función del indicador de evolución de la rehabilitación (recibido en el bloque 600).
La determinación del tercer peso y el cuarto peso puede ser tal que cuanto mayor es el indicador de evolución de la rehabilitación, mayor es el tercer peso y menor es el cuarto peso. En ejemplos particulares, el tercer peso se puede determinar como una función del cuarto peso.
En el bloque 602, los comandos finales de movimiento se pueden determinar en base a los primeros comandos de movimiento ponderados con el tercer peso y los segundos comandos de movimiento ponderados con el cuarto peso.
Por ejemplo, los comandos finales de movimiento se pueden determinar de acuerdo con la siguiente fórmula:
Vfina l = Vneuro * w 3 + V assist * w 4 = V neuro * w 3 + V assist * (1 - 3 ) Formula 2 en la que Vf inal es un comando final de movimiento (por ejemplo, velocidad), V neuro es un primer comando de movimiento (debido a actividad neuromuscular), w 3 es un tercer peso, V assist es un segundo comando de movimiento (para redirigir hacia trayectoria válida) y w 4 es un cuarto peso.
Cuanto más alto es el indicador de evolución de la rehabilitación, mejor se puede considerar la evolución y, por lo tanto, la actividad neuromuscular generada por el paciente en el brazo parésico. Por lo tanto, en este caso, los comandos finales de movimiento Vf inal se pueden calcular con una mayor influencia de V neuro (w 3 mayor) y una menor influencia de V assist (w 4 menor). Los pesos w 3 y w 4 pueden ser variados consecuentemente para tal fin de una manera similar a la descrita para los pesos de w x y w 2 con respecto a la Figura 5 y la Fórmula 1.
El algoritmo de acuerdo con la figura 6 y, en particular, con la Fórmula 2 se puede aplicar para cada uno o algunos de los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
La Figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un ejemplo adicional de la determinación de los comandos finales de movimiento en función de los primeros y segundos comandos de movimiento. En el bloque 700, los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento se pueden comparar para obtener un segundo indicador de similitud entre los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento, en cada uno o algunos de los grados de libertad (o direcciones de movimiento permitida) en consideración.
En el bloque 701 , los primeros comandos de movimiento pueden ser transformados en base al segundo indicador de similitud (entre los primeros comandos de movimiento y los segundos comandos de movimiento). Los primeros comandos de movimiento pueden ser transformados en base a una proyección de vectores que representan los primeros comandos de movimiento sobre vectores que representan los segundos comandos de movimiento, por ejemplo. Los primeros y segundos comandos de movimiento pueden ser, por ejemplo, vectores de velocidad. En el bloque 702, los comandos finales de movimiento se pueden determinar en base a los primeros comandos de movimiento transformados y los segundos comandos de movimiento. Por ejemplo, los comandos finales de movimiento se pueden determinar de acuerdo con la siguiente fórmula:
Vfinai = transformado(V neuro ) + V assist Formula 3 en la que Vf inal es un comando final de movimiento (por ejemplo, velocidad), V neuro es un primer comando de movimiento (debido a actividad neuromuscular), V assist es un segundo comando de movimiento (para redirigir hacia trayectoria válida) y transformado(V neuro ) es el primer comando de movimiento transformado.
El algoritmo de acuerdo con la Figura 7 y, en particular, con la Fórmula 3 se puede aplicar para cada uno o algunos de los diferentes grados de libertad (o direcciones de movimiento permitidas) en consideración.
En cualquiera de los ejemplos descritos basados en pesos, dichos pesos pueden ser actualizados en tiempo real (dentro de la misma sesión de rehabilitación o misma ejecución del procedimiento de rehabilitación). Alternativamente, dichos pesos pueden mantenerse fijos durante una o más sesiones de rehabilitación o ejecuciones del procedimiento de rehabilitación.
En cualquiera de los ejemplos descritos relativos a procedimientos generadores y de rehabilitación, las señales neuromusculares recibidas pueden ser (opcionalmente) rectificadas, y (opcionalmente) filtradas, y (opcionalmente) procesadas por un algoritmo de extracción de características, y (opcionalmente) normalizadas, y (opcionalmente) procesadas por un algoritmo de reducción de la dimensión. Ejemplos de algoritmos de reducción de la dimensión son Análisis de Componentes Principales (PCA - Principal Component Analysis), Análisis de Componentes Independientes (ICA - Independent Component Analysis), factorización no negativa de matrices (NMF - Non-negative matrix factorization), etc. Ejemplos de características que se pueden extraer de señales neuromusculares son características de dominio de tiempo, características de dominio de frecuencia, sinergias musculares, etc. Con respecto a la normalización de las señales neuromusculares, tiene el objetivo de ajustar las señales neuromusculares con independencia de cualquier diferencia en la amplitud entre las señales neuromusculares de la extremidad sana y las señales neuromusculares de la extremidad parética. La normalización se puede realizar usando, por ejemplo, un procedimiento de Z-score o cualquier otro procedimiento con la mencionada finalidad.
Según el procedimiento de Z-score, la normalización se puede realizar aplicando la siguiente fórmula:
N ormalized_N euro = Neuro— mean) /std Formula 4 en la que Neuro es una señal neuromuscular a normalizar, N ormalized_N euro es la señal neuromuscular una vez normalizada, mean es una media de señales neuromusculares procedentes de la misma ubicación muscular/nerviosa que Neuro, y std es una desviación estándar de señales neuromusculares procedentes de la misma ubicación muscular/nerviosa que Neuro.
Dada una señal neuromuscular a normalizar, la media y la desviación estándar aplicable a dicha señal se puede calcular a partir de señales neuromusculares recibidas previamente dentro de la ejecución del procedimiento generador o procedimiento de rehabilitación.
En el caso del procedimiento generador, se pueden recibir todas las señales neuromusculares (procedentes de la extremidad sana) y se pueden registrar en una primera etapa y, posteriormente, se puede realizar su normalización en una segunda etapa una vez que se ha completado la primera etapa. De esta manera, la media y la desviación estándar a usar en la normalización se pueden calcular teniendo en cuenta todas las señales neuromusculares (procedentes de la extremidad sana).
En el caso del procedimiento de rehabilitación, se puede considerar un intervalo de tiempo predefinido de señales neuromusculares ya recibidas (procedentes de la extremidad parética) para calcular la media y la desviación estándar. Por ejemplo, el intervalo de tiempo predefinido puede comprender los últimos 60 segundos de señales neuromusculares ya recibidas. Aunque en el presente documento sólo se han descrito un número de ejemplos, son posibles otras alternativas, modificaciones, usos y/o equivalentes de los mismos. Además, también se cubren todas las combinaciones posibles de los ejemplos descritos. Así, el alcance de la presente descripción no debe estar limitado por ejemplos particulares, sino que debería determinarse sólo por una lectura imparcial de las reivindicaciones que siguen.