BRPI1008187A2 - aparelho para determinação de movimento para determinar o movimento de um objeto móvel, método para determinação de movimento para determinar o movimento de um objeto móvel e programa de computador para determinar o movimento de um objeto móvel - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL, MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL E PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL A invenção refere-se a um aparelho para determinação de movimento para determinar o movimento de um objeto móvel, em que que o aparelho para determinação de movimento (1) compreende um acelerômetro multi-axial (2) para ser posicionado no objeto móvel (4), em que o acelerômetro multi-axial (2) é adaptado para gerar os sinais de acelerômetro indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais. O aparelho para determinação de movimento também compreende uma unidade de geração do sinal de movimento (3) para a geração de um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto (4) ao combinar os sinais de acelerômetro de eixos espaciais diferentes. A combinação dos sinais de acelerômetro de eixos espaciais diferentes resulta em um sinal de movimento que tem uma grande razão entre sinal e ruído, mesmo se um eixo ficar localizado perto de um eixo de rotação do movimento.

Description

APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL, MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM

OBJETO MÓVEL E PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA DETERMINAR O 25 MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL

CAMPO DA INVENÇÃO . A invenção refere-se a um aparelho para determinação do movimento e a um método para determinar o movimento de um objeto móvel. A invenção refere-se, além disso, à um programa de computador correspondente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO O documento US 2009/0062628 Al apresenta um dispositivo de diagnóstico de sono que compreende um sensor de aceleração tridimensional, um detector de postura configurado para detectar a postura do paciente de um | componente de CC do sensor de aceleração tridimensional e um | i detector de movimento de respiração configurado para detectar ! . o movimento de respiração do paciente de um componente de CA do sensor de aceleração tridimensional. o documento — WO 2004/043263 A2 apresenta um dispositivo para monitorar o movimento de respiração a ser . utilizado em seres humanos e também em animais para controlar os movimentos de respiração e especialmente para controlar os 7 períodos de apnéia em crianças. O dispositivo compreende um acelerômetro e um microcontrolador, sendo que o acelerômetro inclui um detector de movimento e uma pluralidade de plugues de saída e sendo que o microcontrolador inclui uma pluralidade de soquetes de entrada. A pluralidade de plugues de saída é conectada à pluralidade de soquetes de entrada e o microcontrolador inclui saídas de sinais que são conectadas a um dispositivo de alarme.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO O dispositivo para monitorar o movimento de | respiração apresentado no documento WO 2004/043263 A2 baseia- se em um sinal de acelerômetro ao longo de um único eixo espacial.

Uma vez que as mudanças relacionadas à respiração no sinal de acelerômetro são causadas pelas mudanças de . 5 orientação com respeito à gravidade, ocorre um problema quando a orientação do único eixo espacial com respeito à " gravidade não muda devido à respiração porque, neste caso, a respiração não pode ser monitorada utilizando um único eixo.

Isto pode acontecer, por exemplo, se o movimento induzido pela respiração for uma rotação em torno do próprio único eixo espacial sem considerar - sua orientação com respeito à gravidade.

Além disso, se o movimento induzido pela respiração for uma rotação em torno de um eixo de rotação que está perto do único eixo espacial do acelerômetro, só um pequeno sinal de acelerômetro com uma razão entre baixo sinal e ruído é medido.

Isto reduz a qualidade do sinal de acelerômetro causado pela respiração. . Um objetivo da presente invenção consiste na apresentação de um aparelho para determinação do movimento e um método para determinação do movimento de um objeto móvel, sendo que um sinal de movimento indicativo de um movimento é . gerado utilizando um acelerômetro, e sendo que a qualidade do sinal de movimento é melhorada. ' Em um primeiro aspecto da presente invenção, é apresentado um aparelho para determinação de movimento para determinação do movimento de um objeto móvel, sendo que oO aparelho para determinação do movimento compreende: - um acelerômetro multiaxial a ser posicionado no objeto móvel, sendo que o acelerômetro multiaxial é adaptado para gerar os sinais de acelerômetro que são indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais, | - uma unidade de geração do sinal de movimento para | geração de um sinal de movimento indicativo do movimento de | um objeto, ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar linearmente os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, sendo « 5 que os sinais de acelerômetro são ponderados de maneira tal que que O sinal de acelerômetro que tem a maior mudança de ' aceleração tem o maior peso.

Uma vez que O acelerônetro é um acelerômetro multiaxial, um movimento que é uma rotação em torno de um dos eixos do acelerômetro causa uma mudança no sinal de acelerômetro de outro dos eixos do acelerômetro multiaxial. Desse modo, a combinação dos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais resulta em um sinal de movimento que é grande e que tem uma razão entre sinal grande e ruído, mesmo se um eixo estiver situado perto de um eixo de rotação de um movimento que deva ser detectado pelo acelerômetro multiaxial. Isto melhora a qualidade do sinal, isto é, do - sinal de movimento e, portanto, facilita um processamento adicional do sinal. Por exemplo, um algoritmo para determinar automaticamente a taxa de respiração ou o do batimento cardíaco do sinal de movimento resulta em resultados melhorados se a qualidade do sinal de movimento, em que a determinação está baseada, for melhorada, particularmente, se 1 a razão entre sinal e ruído do sinal de movimento for aumentada.

O acelerômetro multiaxial é preferencialmente um acelerômetro triaxial que é adaptado para gerar três sinais de acelerômetro indicativos da aceleração ao longo de três eixos espaciais ortogonais, sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar esses três sinais ; de acelerômetro para gerar o sinal de movimento indicativo do movimento do objeto. | É preferível que o acelerômetro multiaxial seja | adaptado para ser posicionado em parte do corpo de uma pessoa, sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para geração de um sinal de movimento indicativo de pelo menos uma dentre a atividade de respiração e cardíaca . 5 da pessoa. Para geração de um sinal de movimento indicativo da á respiração, o acelerômetro multiaxial é posicionado preferencialmente nas costelas inferiores, aproximadamente a meio termo entre a posição central e a lateral. No entanto, o acelerômetro multiaxial também pode ficar Situado em outras posições, por exemplo, no abdômen, particularmente se houver limitações devido à compleição corpórea, como ferimentos pós- cirúrgicos.

Para a geração de um sinal de movimento indicativo do batimento cardíaco, o acelerônetro multiaxial é posicionado preferencialmente no lado esquerdo do abádômen/tórax. Também é preferível que o acelerômetro seja - posicionado nas costelas inferiores, particularmente nas costelas inferiores esquerdas. Outra posição preferida do acelerômetro multiaxial para geração de um sinal de movimento indicativo do batimento cardíaco é uma posição mais alta no . tórax ou uma posição mais baixa no abdômen. Particularmente, as posições preferidas para determinação de um sinal de " movimento indicativo da respiração também são preferidas para medição de um sinal de movimento indicativo do batimento cardíaco. Especialmente, para geração de um sinal de movimento indicativo da respiração e do batimento cardíaco o acelerômetro multiaxial é posicionado preferencialmente nas costelas inferiores, na metade central-lateral, no lado esquerdo.

É preferível que o aparelho para determinação do movimento também compreenda pelo menos uma unidade de determinação da taxa de respiração, para determinar a taxa de | respiração, e uma unidade de determinação do batimento cardíaco, para determinar o batimento cardíaco, dependendo do sinal de movimento gerado. Isto permite um monitoramento confortável, de baixo . 5 do custo, contínuo e o ambulatorial da taxa de respiração e/ou do batimento cardíaco.

" Em uma realização, a frequência fundamental do sinal de movimento gerado é o batimento cardíaco, se Os sinais de acelerômetro forem gerados em uma condição de contenção da respiração. Se os sinais de acelerômetro forem gerados enquanto a pessoa está respirando, a frequência fundamental do sinal de movimento é considerada como correspondendo à taxa de respiração. É preferível que o aparelho para determinação do movimento também compreenda uma unidade de filtragem para . filtrar os sinais de acelerômetro de maneira tal que que as frequências que correspondem às possíveis frequências do - movimento sejam determinadas ao passar pela unidade de filtragem.

Isso reduz oO ruído e possíveis influências ambientais indesejadas adicionais nos sinais de acelerômetro. - Se o sinal de movimento for indicativo de respiração, a unidade de filtragem é adaptada preferencialmente para DM filtrar os sinais dos acelerômetros de maneira tal que as frequências que correspondem às possíveis frequências do movimento de respiração passem pela unidade de filtragem. Neste caso, as frequências dentro de uma faixa de frequência de 0,1 a 2 Hz passam preferencialmente pela unidade de filtragem. Se a unidade de geração do sinal de movimento for adaptada para geração de um sinal de movimento indicativo da atividade cardíaca da pessoa, a unidade de filtragem é adaptada preferencialmente para filtrar os sinais de acelerômetro de maneira tal que as frequências que ' | CO — :Õss—mm.ms|sse—

correspondem às possíveis frequências do movimento da atividade cardíaca passam pela unidade de filtragem; por exemplo, a unidade de filtragem pode ser adaptada para filtrar os sinais de acelerômetro de maneira tal que as . 5 frequências dentro da faixa de frequência de 0,5 Hz a 3 Hz passem pela unidade de filtragem.

] Também é preferível que a unidade de geração do sinal de movimento seja adaptada para gerar repetidamente O sinal de movimento com base nos sinais de acelerômetro gerados em um intervalo de tempo temporalmente anterior.

Isto permite adaptar a combinação de sinais de acelerômetro para as condições reais, por exemplo, para a orientação axial real do acelerômetro multiaxial. Isto permite, por exemplo, a determinação do sinal de movimento indicativo de pelo menos uma dentre a atividade de respiração e cardíaca de uma pessoa, mesmo se a pessoa mudar sua postura. O intervalo de tempo é, por exemplo, um intervalo de x tempo de 20 segundos ou menos.

A unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar os sinais de acelerômetro de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de - aceleração contribui principalmente para oO sinal de movimento, ' : Uma vez que O sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração é considerado como tendo a maior razão entre sinal e ruído, ao combinar os sinais de acelerômetro de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente para o sinal de movimento, a razão entre sinal e ruído do sinal de movimento pode ser aumentada. Preferencialmente, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar os sinais de acelerômetro de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração em | o

! 7/32 ! | uma faixa de frequência que corresponda ao movimento a ser determinado “contribui principalmente para o sinal de movimento. A unidade de geração do sinal de movimento é : . 5 adaptada para combinar linearmente os sinais de acelerômetro | de diferentes eixos espaciais, sendo que os sinais de ] ' acelerômetro são ponderados de maneira tal que O sinal de ! acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração tenha o ! maior peso. A unidade de geração do sinal de movimento é ! adaptada preferencialmente para determinar o peso de um sinal | de acelerômetro, dependendo da correlação entre o respectivo ] sinal de acelerômetro e o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração, sendo que O peso do respectivo sinal de acelerômetro é maior se a respectiva correlação for maior.

' Isto permite a geração do sinal de movimento de % maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente para o sinal de movimento. Preferencialmente, o chamado "coeficiente de correlação de amostra" ou "coeficiente de correlação produto- momento de Pearson" são utilizados para determinar a correlação.

' Também é preferível que a unidade de geração do | 25 sinal de movimento seja adaptada para determinar o peso do Í sinal de acelerômetro, dependendo da correlação entre o respectivo sinal de acelerômetro e o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração, sendo que o peso do respectivo sinal de acelerômetro é o sinal da correlação.

Isto permite combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, dependendo de sua fase de relação, de maneira tal que O sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente para o |

DM MNE Í 8/32 sinal de movimento gerado.

Também é preferível que a unidade de geração do | sinal de movimento seja adaptada para aplicar uma análise do componente principal nos sinais de acelerômetro de diferentes .- 5 eixos espaciais e para determinar um componente de movimento | dentre os componentes principais resultante da aplicação da ' análise do componente principal, que é indicativa do movimento a ser determinado, como o sinal de movimento.

Desse modo, um componente dentre os componentes principais é selecionado como o componente de movimento, isto é, como o sinal de movimento.

Preferencialmente, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para determinar o primeiro ' componente principal como o sinal de movimento gerado. . Além disso, a aplicação da análise do componente principal e o uso do componente resultante, particularmente, | do primeiro componente principal resultante, como O sinal de movimento gerado, permite combinar os sinais de acelerômetro N de maneira tal que O sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente para o sinal de movimento gerado.

A análise do componente principal é - preferencialmente uma transformação linear ortogonal padrão ' que transforma os sinais de aceleração em um novo sistema de 7 coordenadas de maneira tal que a maior variação por qualquer projeção de dados seja baseada no primeiro componente principal, a segunda maior variação no segundo componente ! principal e a terceira maior variação no terceiro componente principal.

Também é preferível que a unidade de geração do sinal de movimento seja adaptada para determinar para cada eixo espacial do acelerômetro um sinal de projeção maximizado ' da mudança de aceleração e para gerar o sinal de movimento combinando os sinais de projeção maximizados, sendo que a '

S 9/32 unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para determinar o sinal de projeção maximizado de um eixo espacial do acelerômetro ao projetar um movimento de um vetor de gravidade em relação aos eixos espaciais do acelerômetro em . 5 um subespaço definido pelo vetor de gravidade e o respectivo eixo espacial do acelerômetro, e ao transformar o respectivo ' eixo dentro do subespaço, de maneira tal que uma projeção do movimento projetado do vetor de gravidade, que foi projetado no subespaço, no eixo respectivo transformado, é maximizada. | O subespaço é preferencialmente um plano.

O vetor de gravidade nominal é um vetor orientado de modo a indicar a média de movimento do vetor de gravidade com respeito aos ' diferentes eixos espaciais do acelerômetro, isto é, O . movimento do vetor de gravidade pode ser descrito como variações com respeito ao vetor de gravidade nominal. : Também é preferível que a unidade de geração do sinal de movimento seja adaptada para gerar o sinal de . movimento ao determinar uma magnitude de vetor dos sinais de projeção maximizados e ao combinar a magnitude de vetor determinada com o sinal de pelo menos um dos sinais de projeção maximizados.

Preferencialmente, a magnitude de vetor - determinada é multiplicada pelo sinal de pelo menos um dos sinais de projeção maximizados.

Também é preferível que a " magnitude de vetor determinada seja multiplicada pelo sinal do sinal de projeção maximizado que tenha a maior amplitude.

Isto permite gerar um sinal de movimento que tenha uma razão aumentada entre sinal e ruído. | Também é preferível que a unidade de geração do ' sinal de movimento seja adaptada para aplicar uma análise do componente principal nos sinais de projeção maximizados, sendo que o primeiro componente principal resultante é o sinal de movimento gerado. | Isto também permite combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente para o sinal de movimento.

Também é possível que a unidade de geração do sinal de movimento seja adaptada para aplicar uma análise do ] componente independente nos sinais de acelerômetro dos diferentes eixos espaciais e para determinar um componente de movimento dos componentes independentes resultantes da aplicação da análise do componente independente, a qual é indicativa do movimento a ser determinado como o sinal de movimento. Desse modo, um componente do componente independente é selecionado como o componente do movimento, isto é, como o sinal de movimento. Além disso, isso permite a geração do sinal de . movimento de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de aceleração contribui principalmente Y para o sinal de movimento.

Preferencialmente, um algoritmo que explora a correlação temporal nos sinais, tal como o chamado algoritmo SOBI, é utilizado para aplicar a análise do componente . independente nos sinais de acelerômetro. O algoritmo SOBI é descrito no artigo “A blind source separation technique using 7 second order statistics,” Belouchrani A. et al., IEEE Trans Sinalal Process, 45(2): 434-444, Feb 1997,0 qual é aqui incorporado a título de referência.

o componente de movimento dos componentes independentes "resultante da aplicação da análise do componente independente, que é indicativa do movimento a ser determinado, pode ser estabelecido ao definir o componente independente que tenha à maior amplitude em uma frequência predeterminada. Por exemplo, se a taxa de respiração ou do batimento cardíaco tiverem de ser determinadas com base no | sinal de movimento, o componente independente que tenha a | maior amplitude dentro de um intervalo de frequência, que | corresponda às possíveis taxas de respiração ou de batimento cardíaco, é determinado como o componente de movimento.

o aparelho para determinação do movimento compreende preferencialmente vários acelerômetros multiaxiais Í a ser posicionados no objeto em posições complementares, sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para gerar um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais de vários acelerômetros multiaxiais.

Isso permite aumentar ainda mais a razão entre sinal e ruído e reduzir ainda mais a probabilidade de não determinar o movimento do objeto. Duas posições no objeto são . preferencialmente consideradas como sendo complementares se Oo movimento nessas duas posições for diferente, em particular, . se as mudanças induzidas pelo movimento com respeito à gravidade nas duas posições forem diferentes. Em particular, duas posições no objeto são consideradas como complementares se o movimento induzido pela respiração ou pela atividade é cardíaca for diferente nessas posições, especialmente se as mudanças induzidas pela respiração ou as mudanças induzidas Ú pela atividade cardíaca com respeito à gravidade forem diferentes nessas posições.

Se o aparelho para determinação do movimento compreender vários acelerômetros multiaxiais, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada preferencialmente para gerar um sinal de movimento ao combinar os sinais de acelerônetro de diferentes eixos espaciais de vários acelerômetros multiaxiais ao utilizar a análise de componente principal ou a análise de componente independente.

Preferencialmente, dois acelerômetros multiaxiais |

| são posicionados no objeto, em particular, dois acelerômetros triaxiais são posicionados preferencialmente no objeto. O primeiro acelerômetro é posicionado preferencialmente tal como descrito acima, por exemplo, nas costelas inferiores, e - 5 o segundo acelerômetro é posicionado de preferência centralmente no tórax superior, por exemplo, no esterno.

' Em um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um método de determinação de movimento de um objeto móvel, sendo que o método de determinação do movimento compreende as etapas a seguir: - geração de sinais de acelerômetro indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais, por um acelerômetro multiaxial que é posicionado no objeto móvel; - geração de um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto ao combinar os sinais de acelerômetro de : diferentes eixos espaciais pela unidade de geração do sinal de movimento, sendo que a unidade de geração do sinal de . movimento combina linearmente os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, sendo que os sinais de acelerômetro são ponderados de maneira tal que O sinal de acelerômetro que tem à maior mudança de aceleração tenha O . maior peso.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é ' apresentado um programa de computador para determinar o movimento de um objeto móvel, sendo que O programa de computador compreende um dispositivo de código de programa para fazer com que o aparelho para determinação do movimento, tal como definido na reivindicação 1, realize as etapas do método de determinação de movimento, tal como definido na reivindicação 12, quando o programa de computador for executado em um computador que controla o aparelho de determinação do movimento.

Deve ser compreendido que o aparelho de | determinação do movimento da reivindicação 1, o método de | determinação do movimento da reivindicação 12 e o programa de computador da reivindicação 13 apresentam realizações preferidas similares e/ou idênticas, em partícular, tal como -« 5 definido nas reivindicações dependentes. Deve ser compreendido que uma realização preferida ' da invenção também pode ser qualquer combinação das reivindicações dependentes com a respectiva reivindicação independente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Esses e outros aspectos da invenção ficarão evidentes e serão esclarecidos com referência à(s) realização(ões) descrita(s) a seguir. Nos seguintes desenhos: A Figura 1 mostra de modo esquemático e exemplificador a realização de um aparelho para determinação . do movimento. A Figura 2 mostra exemplificativamente três sinais + de acelerômetro e um sinal de movimento que são gerados pela combinação dos sinais de acelerômetro antes da mudança na postura de um objeto.

A Figura 3 mostra exemplificativamente os três . sinais de acelerômetro e o sinal de movimento que são gerados pela combinação dos três sinais de acelerômetro após a ' mudança na postura de um objeto.

A Figura 4 ilustra uma relação espacial entre um vetor de gravidade e diferentes eixos espaciais do acelerômetro.

A Figura 5 ilustra um movimento do vetor de gravidade com respeito aos diferentes eixos espaciais do acelerômetro.

A Figura 6 mostra o subespaço de um dentre diferentes eixos espaciais do acelerômetro. A Figura 7 mostra uma realização adicional do | aparelho para determinação do movimento.

A Figura 8 mostra um fluxograma que ilustra exemplificativamente a realização de um método para determinação do movimento.

8 DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES A Figura 1 mostra, de modo esquemático e ' exemplificador, um aparelho para determinação de movimento para definir o movimento de um objeto móvel. O aparelho para determinação do movimento 1 compreende um acelerômetro multiaxial 2 que é posicionado no objeto móvel 4. O acelerômetro multiaxial 2 é adaptado para gerar sinais de acelerômetro que são indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais. Nesta realização, o acelerômetro multiaxial é um acelerômetro triaxial adaptado para gerar três sinais de acelerômetro que são indicativos da aceleração . ao longo de três eixos espaciais ortogonais. Por exemplo, três acelerômetros triaxiais de nome ST Microelectronics . LIS344ALH ou Kionix KXM52 podem ser utilizados. No entanto, outros tipos de acelerômetros multiaxiais podem ser utilizados para geração de sinais de acelerômetro que são indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos s espaciais. O aparelho para de determinação de movimento 1 : compreende adicionalmente uma unidade de geração do sinal de | 25 movimento para geração de um sinal de movimento que é indicativo do movimento do objeto 4 ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais. Nesta realização, | a unidade de geração do sinal de movimento 3 é adaptada para combinar os três sinais de acelerômetro do acelerômetro triaxial 2 para geração do sinal de movimento indicativo do movimento do objeto 4.

O objeto 4, nesta realização, é o corpo 4 de uma pessoa, sendo que o acelerômetro multiaxial 2 é posicionado | no corpo 4 da pessoa e sendo que a unidade de geração do sinal de movimento 3 é adaptada para gerar um sinal de movimento que é indicativo de pelo menos uma dentre a atividade de respiração e a atividade cardíaca da pessoa. O acelerômetro multiaxial 2 é posicionado nas costelas inferiores, aproximadamente a meio termo entre a 7 posição central e a lateral. No entanto, o acelerômetro multiaxial 2 também pode ficar localizado em outras posições, por exemplo, no abdômen, em particular, se houver limitações devidas à compleição corpórea, como ferimentos pós- cirúrgicos.

O aparelho para determinação do movimento 1 compreende adicionalmente uma unidade de filtragem 7 para filtrar os sinais de acelerômetro de maneira tal que as frequências que correspondem às possíveis frequências do . movimento sejam determinadas a passar pela unidade de filtragem 7. Isso reduz o ruído e possíveis influências - ambientais adicionais indesejadas nos sinais de acelerômetro. Nesta realização, o sinal de movimento deve ser indicativo da taxa da respiração ou do batimento cardíaco. A unidade de filtragem 7 é, portanto, adaptada para filtrar os sinais de * acelerônetro de maneira tal que as frequências que correspondem às possíveis frequências do movimento de ] respiração ou do movimento causado pela atividade cardíaca que passa pela unidade de filtragem. Particularmente, a unidade de filtragem 7 pode ser adaptada para filtrar as frequências dentro de uma faixa de frequência de 0,1 a 3 Hz.

Também é possível determinar que as frequências de respiração dentro de uma faixa de frequência de 0,1 a 2 Hz sejam filtradas e determinar que as frequências do batimento cardíaco dentro de uma faixa de frequência de 0,5 a 3 Hz sejam filtradas, isto é, passem pela unidade de filtragem 7.

o aparelho para determinação do movimento | compreende também uma unidade de determinação da taxa de respiração 5, a fim de estabelecer a taxa de respiração, dependendo do sinal de movimento gerado, e uma unidade de determinação do batimento cardíaco 6, a fim de estabelecer o - 5 batimento cardíaco, dependendo do sinal de movimento gerado.

Se a unidade de filtragen 7 for adaptada para filtrar os ' sinais de acelerômetro com um primeiro filtro para filtrar os sinais de acelerômetro a fim de estabelecer a respiração, e se a unidade de filtragen 7 for adaptada para filtrar os sinais de acelerômetro com um segundo filtro para filtrar os sinais de acelerômetro a fim de estabelecer o batimento cardíaco, os sinais de acelerômetro filtrados com o primeiro filtro são combinados preferencialmente separadamente dos sinais de acelerômetro filtrados com o segundo filtro, sendo que o sinal de movimento gerado pela combinação dos sinais de . acelerômetro filtrados pelo primeiro filtro são providos à unidade de determinação da taxa de respiração 5, e O sinal de . movimento gerado pela combinação dos sinais de acelerômetro filtrados pelo segundo filtro são providos à unidade de determinação do batimento cardíaco 6. A taxa de respiração é determinada * preferencialmente pela unidade de determinação da taxa de respiração 5 como a frequência fundamental do sinal de ] movimento provido à unidade de determinação da taxa de respiração 5, o batimento cardíaco ê determinado preferencialmente ao estabelecer a frequência fundamental do sinal de movimento provida à unidade de determinação do batimento cardíaco 6. Em uma realização preferida adicional, a taxa de respiração é determinada pela unidade de determinação da taxa de respiração 5 como a recíproca do intervalo de tempo entre picos consecutivos no sinal de movimento.

Os picos no sinal de movimento podem ser determinados pela identificação do | cruzamento zero da primeira derivada do sinal de movimento. A fim de evitar a detecção de falsos picos, restrições adicionais podem ser impostas nos picos. Por exemplo, somente aqueles picos do sinal de movimento que excedem um limite são -. 5 utilizados para a determinação da taxa de respiração. O limite pode, por exemplo, ser determinado por calibração.

í A unidade de geração do sinal de movimento 3 é adaptada para gerar repetidamente oO sinal de movimento com base nos sinais de acelerômetro gerados em um intervalo de | tempo temporalmente anterior. Isto permite adaptar a combinação dos sinais de acelerômetro às condições reais, por exemplo, para orientação real do acelerômetro multiaxial. Isto permite, por exemplo, determinar um sinal de movimento indicativo de pelo menos uma atividade de respiração e de batimento cardíaco de uma pessoa, mesmo se a pessoa mudar sua : postura. O intervalo de tempo é preferencialmente de 20 segundos ou menos, preferivelmente 10 segundos ou menos € - ainda mais preferível 5 segundos ou menos. . A unidade de geração do sinal de movimento 3 é adaptada para combinar os sinais de acelerômetro de maneira tal que O sinal de acelerômetro que tenha a maior mudança de - aceleração contribua principalmente para o sinal de movimento. Nesta realização, a unidade de geração do sinal de : movimento 3 é adaptada para aplicar a análise do componente ' 25 principal nos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, sendo que o primeiro componente principal resultante é Oo sinal de movimento gerado.

o efeito de combinar os três sinais de acelerômetro, particularmente ao realizar a análise do componente principal para gerar um sinal de movimento, será descrito a seguir em referência às Figuras 2 e 3.

A Figura 2 mostra de modo esquemático e exemplificador os sinais de acelerômetro S., S,, S, em | unidades arbitrárias, dependendo do tempo t em segundos. Por causa da orientação do acelerômetro triaxial com respeito ao movimento a ser determinado, o sinal de acelerômetro S,.

mostra as maiores variações causadas pelos movimentos de uma - 5 pessoa na posição em que o acelerômetro triaxial 2 está situado, ao passo que o sinal de acelerômetro S, mostra 7 somente pequenas variações. A combinação desses sinais de acelerômetro S., S,, S, resulta em um sinal de movimento M que mostra variações relativamente grandes e que apresentam, portanto, uma razão entre sinal e ruído relativamente grande.

A Figura 3 mostra os mesmos sinais de acelerômetro depois que a postura da pessoa 4 foi modificada. Depois dessa mudança de postura, O sinal de acelerômetro S;, mostra as maiores variações, ao passo que o sinal de acelerômetro S, mostra as menores variações. No entanto, por causa da : combinação dos três sinais de acelerômetro realizada pela unidade de geração do sinal de movimento 3, um sinal de - movimento M é gerado, o qual mostra ainda Variações relativamente grandes e o qual, portanto, ainda tem uma razão | entre sinal e ruído relativamente grande. Desse modo, mesmo depois que a postura da pessoa tiver sido modificada, o sinal | . de movimento gerado ainda mostra variações grandes e apresenta uma grande razão entre sinal e ruído. Nas Figuras 2 ' e 3, as variações ou as flutuações no sinal em um período de aproximadamente quatro segundos são causadas pela respiração.

Desse modo, uma taxa de respiração de 15 respirações por minuto pode ser determinada a partir do sinal de movimento mostrado nas Figuras 2 e 3.

Em uma realização preferida adicional, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar linearmente os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, sendo que os sinais de acelerômetro são ponderados de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tem a maior mudança de aceleração tenha o maior o peso. Por exemplo, a unidade de geração do sinal de movimento pode ser adaptada para determinar o peso do sinal de acelerômetro, dependendo i da correlação entre o respectivo sinal de acelerômetro e o . 5 sinal de acelerônetro que tenha a maior mudança de aceleração, sendo que o peso do respectivo sinal de 1 acelerômetro é maior se a respectiva correlação for maior.

A correlação é determinada preferencialmente pela definição do "coeficiente de correlação de amostra" ou do "coeficiente de correlação produto-momento de Pearson".

A geração do sinal de movimento M linearmente pela combinação dos sinais de acelerômetro S., S,, S, pode ser descrita pela equação a seguir: M=w,S,+w,S, +w,S7, (1) em que wx, Wy, W, rYepresentam os respectivos pesos. . Os fatores de ponderação w., W,, W, São determinados preferencialmente de maneira tal que O sinal de movimento Í tenha a maior razão entre sinal e ruído. Esses fatores de ponderação dependem da orientação do acelerômetro, particularmente, da postura da pessoa em que O acelerômetro multiaxial está fixado e, portanto, os fatores de ponderação ' Wxi Wy, W, São atualizados de preferência regularmente. Os fatores de ponderação são calculados em intervalos de tempo ' regulares, por exemplo, a cada segundo, com base nos sinais de acelerônetro de um determinado intervalo de tempo precedente, que é preferencialmente de 20 segundos ou menos. Preferencialmente, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para alternar linearmente entre os fatores de ponderação que foram determinados em um primeiro intervalo de tempo eos fatores de ponderação que foram determinados em um segundo intervalo de tempo, se os fatores de ponderação tiverem mudado entre esses dois intervalos de tempo, a fim de |

| 20/32 | garantir um formato de onda suave do sinal de movimento.

Em uma realização preferida, os fatores de ponderação são +1 ou -1, de acordo com a relação de fase entre os sinais de acelerômetro. O sinal é determinado .» 5 preferencialmente com base no coeficiente de correlação entre um eixo de referência e os outros dois eixos, por exemplo, se 7 o eixo x for o eixo de referência, os fatores de ponderação são definidos preferencialmente pelas equações a seguir: w,=1l, (2) Ww, =sinal(C(S,,S,)), (3) Wa Ena ES S:)), (4) em que oO sinal (.) é uma função de sinal e sendo que C (.) representa o coeficiente de correlação entre os respectivos sinais de acelerômetro. Preferencialmente, o eixo | 15 do acelerômetro que tem Oo sinal de acelerômetro com a maior | Ú amplitude em uma faixa de frequência, que corresponda às | . possíveis frequências do movimento a ser determinado, é : considerado como o eixo de referência. Além disso, o primeiro componente principal, determinado pela aplicação da análise do componente principal ; . aos três sinais de acelerômetro, pode ser considerado como uma combinação linear dos três sinais de acelerômetro, porque . a análise do componente principal é uma transformação linear ortogonal, em particular, uma rotação, que decompõe os três sinais de acelerômetro em uma mistura linear de componentes não correlacionados, os chamados componentes principais. Os componentes principais são obtidos pela decomposição do autovalor da matriz de covariância dos três sinais de acelerômetro. O primeiro componente principal é a combinação linear dos três sinais de acelerômetro, Oo que explica a maior variação nos sinais de acelerômetro. Se, por exemplo, a : respiração for a maior fonte de variação nos sinais de | | acelerômetro, a aplicação da análise do componente principal nos três sinais de acelerômetro gera um primeiro componente principal que é uma combinação dos três sinais de acelerômetro, o que maximiza o sinal do movimento induzido . 5 pela respiração.

A fim de garantir que a respiração seja a maior fonte de variação nos sinais de acelerômetro, os sinais ] de acelerômetro podem ser filtrados pela unidade de filtragem 7 de maneira tal que os sinais de acelerômetro fiquem restritos a uma faixa de frequência que corresponda a uma taxa de respiração que seja fisiologicamente possível, por exemplo, a uma faixa de frequência de 0,1 a 2 Hz, Oo que corresponde a 6 a 120 respirações por minuto, Em uma realização adicional, a unidade de geração do sinal de movimento 3 é adaptada para aplicar uma análise do componente independente nos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais e para determinar um componente de movimento dos componentes independentes que resulte da . aplicação da análise do componente independente, o que é um indicativo do movimento a ser determinado como o sinal de movimento.

A análise do componente independente pode ser " considerada como uma extensão da análise do componente principal, a qual encontra combinações lineares dos sinais de " acelerômetro, que não são somente não correlacionados, mas estatisticamente independentes.

Para essa finalidade, os algoritmos da análise do componente independente exploram a informação adicional não contida na matriz de covariância, geralmente estatísticas de ordem superior.

Uma vez que o sinal de movimento a ser determinado, em particular, o sinal de movimento causado pela atividade de respiração e/ou a atividade cardíaca, é temporalmente .correlacionado, o algoritmo de SOBI é utilizado preferencialmente para realizar a análise do componente independente porque o algoritmo de |

| MM 22/32 SOBI explora a estrutura de tempo dos sinais de acelerômetro. O algoritmo de SOBI é baseado na diagonalização simultânea de um conjunto de matrizes de covariância em diferentes retardos de tempo. Ao contrário à análise do componente principal, os « 5 componentes independentes obtidos com a análise do componente independente não são classificados de acordo com a variação. ' Desse modo, mesmo se a atividade de respiração e/ou cardíaca responder pela maior variação nos sinais de acelerômetro, oO componente independente relacionado à respiração e/ou ao batimento cardíaco não é necessariamente o primeiro. A unidade de geração do sinal de movimento é adaptada, portanto, para determinar o componente independente, o qual é indicativo do movimento a ser determinado, como o sinal de movimento.

A unidade de geração do sinal de movimento pode ser . adaptada para determinar o componente de movimento dos componentes independentes resultante da aplicação da análise . do componente independente, que é indicativa do movimento a ser determinado, ao estabelecer o componente independente que tema maior amplitude em uma frequência predeterminada, que é indicativa do movimento à ser determinado. Por exemplo, se " uma taxa de respiração ou de batimento cardíaco forem determinadas com base no sinal de movimento, o componente 7 independente cujo espectro de energia tem o maior pico O dentro de um intervalo de frequência que corresponda às possíveis taxas de respiração ou às possíveis taxas de batimento cardíaco, respectivamente, é determinado como oO componente do movimento. Em uma realização adicional, o componente independente que é indicativo do movimento pode ser determinado com base em uma classificação que leve em consideração características adicionais. o componente independente com a menor classificação é então selecionado |

| 23/32 | como aquele que é indicativo do movimento. Por exemplo, a classificação pode ser calculada como à soma do número de características dos componentes independentes:

N : Penaíio(1C,) = 2 mm RUC), (5) | 5 onde Pontuação(IC.,) representa a classificação do xº componente independente, N é Oo número de características utilizado, Fi(ICJ o valor da i* característica do xº componente independente e wi O peso que corresponde à iº característica. As características preferidas são, por exemplo, baseadas na frequência fundamental do componente independente, nos pesos de misturação do componente independente, no formato espectral do componente independente, etc. Assim como as mudanças na respiração, O batimento cardíaco e a postura que geralmente Ocorrem z 15 gradualmente com o tempo, também as características que levam em conta o conhecimento sobre a respiração, a taxa do : batimento cardíaco e/ou a postura em intervalos de tempo anteriores pode ser utilizada, Por exemplo, a diferença absoluta da frequência fundamental de um componente independente e da frequência fundamental do sinal de ' movimento em um intervalo de tempo precedente pode ser utilizada como uma característica. Para o primeiro intervalo de tempo que é analisado, a seleção do componente independente que é indicativo do movimento pode ser baseada (1) somente naquelas características que não se baseiam no conhecimento dos intervalos de tempo anteriores, ou (2) em valores iniciais de estimativa das características dos dados anteriores. Em uma realização, os métodos acima descritos para determinar um componente independente que seja indicativo do movimento a ser determinado, como o sinal de movimento, também podem ser aplicados para determinar um componente | principal resultante de uma análise do componente principal, que é indicativa do movimento à ser determinado, como o sinal de movimento.

Em uma realização adicional, a unidade de geração - 5 do sinal de movimento 3 é adaptada para determinar, para cada eixo espacial do acelerômetro, um sinal de projeção ' maximizado da mudança de aceleração, e para gerar o sinal de movimento combinando os sinais de projeção maximizados, sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para determinar o sinal de projeção maximizado de um eixo espacial do acelerômetro ao projetar um movimento do vetor de gravidade em relação aos eixos espaciais do acelerômetro em um subespaço definido pelo vetor de gravidade nominal e o respectivo eixo espacial do acelerômetro e ao transformar oO respectivo eixo dentro do subespaço de maneira tal que uma - projeção do movimento projetado do vetor de gravidade, que foi projetado no subespaço, no respectivo eixo transformado, ' seja maximizada.

Uma vez que a aceleração inercial devido ao movimento, por exemplo, devido à atividade de respiração ou cardíaca, é muito menor do que à aceleração gravitacional, os ' eixos, particularmente os três eixos ortogonais do acelerômetro, representam as projeções do vetor de gravidade ' em cada eixo x, y, z.

Isto é ilustrado de modo exemplificador na Figura 4. O valor em cada eixo x, y, z do acelerômetro é a projeção do vetor de gravidade no respectivo eixo.

Este valor é determinado pelos ângulos entre o vetor de gravidade e o eixo respectivo, isto é, pelos ângulos a, B. v respectivamente, e pelas equações a seguir: S,=G-cosa (6) S,=Gcosb, (7) |

| 25/32 | S, =G-cosy , (8) em que G representa o valor absoluto do vetor de gravidade.

Ao supor que o movimento do acelerômetro é devido, * 5 por exemplo, à atividade de respiração ou cardíaca, e ocorre em um plano, este movimento pode ser representado no sistema ' de coordenadas do sensor como o vetor de gravidade G que Se move para frente e para trás em torno de uma posição nominal em um plano arbitrário 8. ISto é ilustrado de modo exemplificador na Figura 5. Na Figura 5, AQ indica a extensão do ângulo total em cada lado da posição nominal do vetor de gravidade G.

Para cada eixo espacial x, y, Zz um subespaço, isto é, um plano bidimensional, é definido pelo vetor de gravidade Ge pelo respectivo eixo espacial x, y, z.

Tal subespaço 9 é í: mostrado de modo esquemático e exemplificador na Figura 6 para o eixo z.

Na Figura 6, y indica O ângulo entre o vetor de gravidade na posição nominal e o respectivo eixo espacial do acelerômetro, e Ss, são a soma de vetor da coordenada x e da coordenada y do vetor de gravidade, isto é, a soma . vetorial de S, e S,. Para cada tal eixo espacial, o movimento do vetor ' de gravidade é projetado primeiro no subespaço correspondente, definido pelo respectivo eixo espacial e pela posição nominal do vetor de gravidade.

Subsequentemente, neste subespaço, oO eixo z é girado de maneira tal que a mudança da amplitude - devido ao movimento do vetor de gravidade - neste eixo Z é maximizada.

Em sua posição nominal, a projeção do vetor de gravidade no eixo girado pode ser escrita como:

Bus(0)=-S7 sen y+ 5,5, -cosy =-S7 sem p+ (ST+S) -cosy . O) =—-G-cosy.sen y+(F.sen y .cosy Em sua posição mais extrema, a projeção do vetor de ' gravidade no eixo girado pode ser escrita como: - Bana (AY) ==G cos(y+Ay). sen y +GF-sen( Y+Ay):cosy, (10) sendo que Ay indica a extensão do ângulo em cada lado da posição nominal do vetor de gravidade no respectivo subespaço e y indica o valor nominal de 4. A combinação das equações (9) e (10) utilizando fórmulas de somas trigonométricas mostra que a amplitude resultante da projeção girada do vetor de gravidade está relacionada à extensão do ângulo Ay: Abas = CG senlhy). (11) . O termo "sen(Ay)" é a projeção maximizada da mudança de aceleração, isto é, do movimento, que é causada preferencialmente pela atividade de respiração ou cardíaca, no subespaço.

A fim de determinar o sinal de projeção maximizado, isto é, a fim de determinar Gsen(Ay), utilizando . a equação (9), sen y ou cos y têm que ser determinados.

O valor cos y e, desse modo, também o valor sen 7 podem ser "20 determinados de acordo com seguinte equação: vast média GS) 2 média (S,) z 12 A 1º (arccos( média (max( S,)) — média (min( S,)))/2) 7 6 6 (12) em que média(S,) é a média do sinal de acelerômetro do eixo z em um intervalo de tempo de, por exemplo, 20 segundos ou menos, em que média (max( S,)) é a média da amplitude de pico do sinal de acelerômetro S, do eixo z e em que | média (min( S,)) é a média da amplitude de vale do sinal de acelerômetro S£S;, do eixo z.

A equação (12) é derivada utilizando a expansão de Tailor da projeção de um sinal de movimento ideal. a A determinação acima descrita de um sinal de projeção maximizado para o eixo z é realizada de modo Ú correspondente para os outros eixos, isto é, para o eixo x e | o eixo y, de maneira tal que para cada eixo espacial do | acelerômetro um sinal de projeção maximizado é determinado. | Nesta realização, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para combinar os sinais de projeção maximizados Praiilray tm; DOS três eixos espaciais x, y, Z para a geração de um sinal de movimento.

A unidade de geração do sinal de movimento pode ser adaptada para realizar esta combinação utilizando a análise do componente principal, ' sendo que o primeiro componente principal é o sinal de movimento gerado.

A unidade de geração do sinal de movimento também pode ser adaptada para determinar a magnitude de vetor dos três sinais de projeção maximizados para geração de um sinal de movimento.

Esta determinação da magnitude de vetor é . realizada preferencialmente de acordo com seguinte equação: M = fa Edo + Pons in (Basin) (13) ' e aqui sinal(...) representa a função de sinal e Praxim Aquela projeção maximizada que tem a maior amplitude de sinal de movimento, isto é, sendo que o índice imax indica a projeção maximizada que tem a maior amplitude de sinal, | isto é, x, y ou Z.

A Figura 7 mostra uma realização adicional do aparelho para determinação do movimento que compreende vários acelerômetros —“multiaxiais 2, 10, particularmente dois acelerômetros triaxiais, sendo posicionados na pessoa 4 em |

| | 28/32 posições complementares, sendo que a unidade de filtragem 7 é adaptada para filtrar os sinais de acelerômetro desses acelerômetros multiaxiais 2, 10, e sendo que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para gerar um sinal .« 5 de movimento indicativo do movimento da pessoa 4, em particular, indicativo do movimento causado pela atividade de " respiração e/ou cardíaca da pessoa 4, ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais de diversos acelerômetros multiaxiais 2, 10. Nesta realização, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada preferencialmente para geração de um sinal de movimento ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais de vários-multi acelerômetros 2, 10, utilizando a análise do componente principal, acima descrita, ou a análise do componente independente, acima descrita.

Particularmente, cada : acelerômetro triaxial 2, 10 gera três sinais de acelerômetro ortogonais, isto é, seis sinais de acelerômetro são gerados, ' sendo que a análise do componente principal ou a análise componente independente é aplicada a esses seis sinais de acelerômetros.

O primeiro acelerônetro 2 é posicionado nas 7 costelas inferiores esquerdas, e o segundo acelerômetro 10 fica situado centralmente no tórax superior, por exemplo, no : esterno.

A seguir, um método para determinação do movimento que determina o movimento de um objeto móvel será descrito a título de exemplo em referência a um fluxograma mostrado na Figura 8. Na etapa 201, os sinais de acelerômetro indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais são gerados por um acelerômetro multiaxial que é posicionado na pessoa 4. Na etapa 202, a unidade de filtragem 7 filtra os sinais de acelerômetro gerados, e na etapa 203, a unidade de | | o —————======..

geração do sinal de movimento gera um sinal de movimento indicativo do movimento da pessoa 4 ao combinar os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, particularmente, é gerado um sinal de movimento indicativo do movimento -« 5 causado pela atividade de respiração e/ou cardíaca. Na etapa 204, a taxa de respiração é determinada : pela unidade de determinação da taxa de respiração 5 e/ou O batimento cardíaco é determinado pela unidade de determinação do batimento cardíaco 6, dependendo do sinal de movimento gerado.

o aparelho para determinação do movimento compreende um ou mais acelerômetros multiaxiais, que são posicionados preferencialmente no peito e/ou no abdômen de uma pessoa, a fim de monitorar a taxa da respiração e/ou o batimento cardíaco, particularmente, sob condições . ambulatoriais. Em contraste com os sistemas de monitoramento de respiração baseados em acelerômetros conhecidos, que se ' baseiam em dados de um acelerômetro de eixo único, o aparelho para determinação do movimento de acordo com a invenção explora os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais simultaneamente. Isto é particularmente útil em 1 condições ambulatoriais, onde a orientação do acelerômetro muda não somente devido à atividade de respiração Ou : cardíaca, mas também devido a mudanças de postura e movimentos do paciente.

O acelerômetro multiaxial é utilizado como um inclinômetro para refletir o movimento do objeto, particularmente, para refletir o movimento do abdômen ou do peito causado pela atividade de respiração e/ou cardíaca. O movimento é refletido por uma mudança da inclinação da superfície do objeto em que o acelerômetro multiaxial está posicionado. Os vários eixos espaciais do acelerômetro multiaxial, que são preferencialmente três eixos ortogonais, | AAA

Í 30/32 gravam os sinais de acelerômetro iguais à projeção do vetor de gravidade em cada um desses eixos. Uma vez que OS componentes Sx, Sy, S; do vetor de gravidade são determinados pelos ângulos entre o vetor de gravidade e cada eixo « 5 respectivo, a mudança da inclinação do acelerômetro causada por um movimento do objeto pode ser refletida pela mudança ' dos sinais de acelerômetro S., S,, S., sendo que se supõe que uma aceleração externa adicional do objeto, que também poderia contribuir para os sinais de acelerômetro Sx, Sy, Sz, é pequena, se comparada com a gravidade. Esta suposição é válida pelo menos nas situações em que um sinal de movimento indicativo de um movimento causado pela atividade da respiração e/ou cardíaca tem que ser gerado em um ambiente ambulatorial.

O aparelho para determinação do movimento pode ser . utilizado para monitoramento do paciente particularmente para ajudar na detecção de pacientes gravemente doentes fora de ' áreas de cuidado intensivo.

O aparelho para determinação do movimento combina os sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais de maneira ideal e automatizada, de maneira tal que à razão . entre sinal e ruído de um sinal de movimento, que é utilizada preferencialmente para determinar a taxa de respiração e/ou o ' batimento cardíaco, tem uma razão otimizada entre sinal e ruído. Particularmente, o aparelho para determinação do movimento permite acompanhar automaticamente a combinação ideal dos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais, mesmo se a postura do objeto, por exemplo, a postura de uma pessoa que é monitorada, mudar. Particularmente, a amplitude do sinal de movimento gerado é geralmente maior do que a amplitude de cada um dos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais do acelerômetro. O aparelho para determinação do movimento é utilizado | o preferencialmente em um ajuste onde a taxa de respiração e/ou do batimento cardíaco é monitorada em um ambiente ambulatorial utilizando um ou mais acelerômetros multiaxiais.

O ruído de diferentes eixos espaciais geralmente . 5 não é correlacionado, e o sinal de movimento geralmente é correlacionado. A combinação dos sinais de acelerômetro de ' diferentes eixos espaciais para gerar o sinal de movimento, a razão entre sinal e ruído pode, portanto, ser aumentada, Particularmente, a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada preferencialmente de maneira tal que a razão entre as mudanças relacionadas ao movimento e as mudanças relacionadas ao ruído seja pelo menos tão grande quanto no eixo espacial individual que tem a maior razão entre as mudanças relacionadas ao movimento e as mudanças relacionadas ao ruído, sem levar em consideração a orientação do objeto e . do movimento. Embora nas realizações descritas acima o . acelerômetro multiaxial tenha preferencialmente três eixos ortogonais, o acelerômetro multiaxial também pode ter dois eixos ortogonais ou mais de três eixos. Além disso, O eixo espacial também pode incluir outro ângulo, isto é, em outra “ realização os eixos podem ser não ortogonais. Embora nas realizações descritas acima sejam : utilizados um ou dois acelerômetros multiaxiais, mais de dois acelerômetros também podem ser utilizados para determinar o movimento de um objeto, particularmente para determinar um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto e para determinar uma taxa de respiração e/ou de batimento cardíaco, dependendo do sinal de movimento determinado.

Outras variações às realizações descritas podem ser compreendidas e efetuadas pelos técnicos no assunto de praticar a invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da descrição e das reivindicações anexas.

| o

| | 32/32 | Nas reivindicações, a palavra "compreende" não | exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade.

Uma única unidade ou dispositivo pode cumprir as ! . 5 funções de diversos itens indicados nas reivindicações.

O | mero fato de que determinadas medidas são indicadas nas ' reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não pode ser utilizada com vantagem. | 10 Determinações tais como a determinação do sinal de | movimento, da taxa de respiração ou do batimento cardíaco a partir dos sinais de acelerômetro executadas por uma OU | várias unidades ou dispositivos podem ser realizadas por | qualquer número de unidades ou dispositivos.

Por exemplo, a | 15 determinação do sinal de movimento e a determinação da taxa .: de respiração e/ou do batimento cardíaco, dependendo do sinal de movimento, pode ser feita por uma única unidade ou por , qualquer outro número de unidades diferentes.

As determinações e/ou a filtragem e/ou o controle do aparelho | 20 para determinação do movimento, de acordo com o método para determinação do movimento, podem ser implementados como . dispositivos de código de programa de um programa de | computador e/ou como um hardware dedicado. . Um programa de computador pode ser armazenado/distribuído em um meio apropriado, tal como um meio de armazenagem óptico ou um meio de estado sólido, provido junto ou como parte da outro hardware, mas também pode ser distribuído de outras formas, como através da Internet ou de outros sistemas de telecomunicação com ou sem fio.

Os sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitadores do âmbito. | o

Claims (13)

' REIVINDICAÇÕES

1. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL, em que o aparelho para determinação de movimento (1) é caracterizado por « 5 compreender: - um acelerômetro multi-axial (2) para ser ' posicionado no objeto móvel (4), em que o acelerômetro multi- axial (2) é adaptado para gerar os sinais do acelerômetro indicativos da aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais, - uma unidade de geração do sinal de movimento (3) para a geração de um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto (4) pela combinação dos sinais de acelerômetro de eixos espaciais diferentes, em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para combinar . linearmente os sinais de acelerômetro de eixos espaciais diferentes, em que os sinais de acelerômetro são ponderados . de maneira tal que o sinal de acelerômetro que tem a maior mudança de aceleração tenha o peso maior.

2. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que O . acelerômetro multi-axial (2) é adaptado para ser posicionado em um corpo (4) de uma pessoa, em que a unidade de geração do ' sinal de movimento (3) é adaptada para a geração de um sinal de movimento indicativo de pelo menos uma dentre a atividade da respiração e cardíaca da pessoa.

3. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado em que o aparelho para determinação do movimento (1) compreende ainda pelo menos uma dentre uma unidade de determinação de taxa de respiração (5) para determinar uma taxa de respiração e uma unidade de determinação de batimento cardíaco (6) para determinar um batimento cardíaco dependendo do sinal de | a —————ssssc« .s ss sssssesss>sss-sss | movimento gerado.

4. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que O aparelho para determinação de movimento (1) compreende ainda uma . 5 unidade de filtragen (7) para filtrar os sinais de acelerômetro de maneira tal que as frequências que ' correspondem às possíveis frequências de movimento a serem determinadas passem pela unidade de filtragem (7).

5. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para gerar repetidamente o sinal de movimento com base nos sinais de ' acelerômetro gerados em um intervalo de tempo temporalmente precedente.

6. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de . acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para . determínar o peso de um sinal de acelerômetro dependendo de uma correlação do respectivo sinal do acelerômetro com oO sinal de acelerômetro que tem a maior mudança de aceleração, em que o peso do respectivo sinal do acelerômetro é o sinal . da correlação.

7. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de ' acordo com à reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para aplicar uma análise do componente principal nos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais e para determinar um componente do movimento dos componentes principais resultante da aplicação da análise principal do componente principal, que é indicativa do movimento a ser determinado, tal como o sinal de movimento.

8. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a unidade | o de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para determinar para cada eixo espacial do acelerômetro um sinal de projeção maximizado da mudança da aceleração e gerar oO sinal de movimento ao combinar o sinal de projeção - 5 maximizado, em que a unidade de geração do sinal de movimento é adaptada para determinar o sinal de projeção maximizado de ' um eixo espacial do acelerômetro ao projetar um movimento de um vetor da gravidade relativo aos eixos espaciais do acelerômetro em um subespaço definido de que pelo vetor da gravidade nominal e o respectivo eixo espacial do acelerômetro e pela transformação do respectivo eixo dentro do subespaço de maneira tal que uma projeção do o movimento projetado do vetor da gravidade, que foi projetado no subespaço, no respectivo eixo transformado seja maximizado.

9. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de . acordo com à reivindicação 8, caracterizado em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para gerar O ' sinal de movimento ao determinar uma magnitude do vetor dos sinais de projeção maximizados e ao combinar a magnitude de vetor determinada com o sinal de pelo menos um dos sinais de projeção maximizados. '

10. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado em que a unidade ' de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para aplicar uma análise nos sinais de projeção maximizados, em que O primeiro componente principal resultante do componente principal é o sinal de movimento gerado.

11. APARELHO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO, de acordo com à reivindicação 1, caracterizado em que a unidade de geração do sinal de movimento (3) é adaptada para aplicar uma análise componente independente nos sinais de acelerômetro de diferentes eixos espaciais e determinar um componente ão movimento a partir dos componentes | o independentes resultando da aplicação da análise componente independente, que é indicativa do movimento a ser determinado, tal como o sinal de movimento.

12. MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DE MOVIMENTO PARA | 5 DETERMINAR O MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL, em que o método | para determinação de movimento é caracterizado por | ' compreender as seguintes etapas: - geração dos sinais de acelerômetro indicativos do aceleração ao longo de diferentes eixos espaciais por um acelerômetro multi-axial (2) que é posicionado no objeto móvel (4), - geração de um sinal de movimento indicativo do movimento do objeto (4) ao combinar os sinais de acelerômetro de eixos espaciais diferentes por uma unidade de geração do sinal de movimento (3), em que a unidade de geração do sinal - de movimento (3) combina linearmente os sinais de | acelerômetro de eixos espaciais diferentes, em que os sinais | V de acelerômetro são ponderados de maneira tal que o sinal de | acelerômetro que tem a maior mudança de aceleração tenha o peso maior.

13. PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA DETERMINAR O ' 1 MOVIMENTO DE UM OBJETO MÓVEL, em que o programa de computador | é caracterizado por compreender um meio de código do programa ' para fazer com que um aparelho para determinação de movimento (1) tal como definido na reivindicação 1 execute as etapas do método para determinação de movimento tal como definido na reivindicação 12, quando o programa de computador é rodado em um computador que controla o aparelho para determinação de movimento (1). | oo»