Interacción en Movimiento para la Detección de Caídas y Desmayos Guiada por un Estudio Paramétrico

Technical Report #DIAB

Juan E. Garrido, Víctor M. R. Penichet, María D. Lozano, José A. F. Valls

Enero 2013

DEPARTAMENTO DE SISTEMAS INFORMÁTICOS

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

Avenida de España s/n

Albacete – 02070 – España

Teléfono +34 967 599 200

Fax + 34 967 599 224

Abstract

Los entornos sanitarios han sido siempre un importante escenario sobre el que aplicar nuevas

tecnologías con el fin de mejorar sus condiciones, solucionando problemas y facilitando la

realización de sus tareas. En este sentido la aparición de sensores que permitan la interacción en

movimiento de los usuarios ha creado la posibilidad de obtener una solución a un importante

problema existente, la detección de caídas y desmayos de forma automática. En este artículo se

presenta un sistema ubicuo y sensible al contexto, focalizado en geriátricos, el cual hace uso

del sensor Kinect para la localización de este tipo de situaciones de manera automática. El

sistema, aplicable a la mayoría de centros sanitarios, permite por medio de un procedimiento

basado en avisos y estados de alerta, el control automático de las posturas de los residentes.

Cuando el sistema detecta alguna situación anómala, analiza la postura del residente de modo

que si finalmente se considera oportuno, el empleado más cercano será avisado con el fin de

actuar con la mayor urgencia posible. Es por esto que el sistema ha de ser ubicuo y sensible al

contexto, para ser capaz de conocer en todo momento la localización de cada empleado así

como de la tarea que está realizando. Con esta información, podrá determinar cuál será el

empleado más adecuado para solucionar la situación de emergencia.

1 Introducción

Los entornos sanitarios implican condiciones de trabajo cuya complejidad en muchas

ocasiones es un factor importante a tener en cuenta ([13], [4], [5] y [16]). Los

empleados han de realizar varias tareas de forma simultánea o al menos, es posible

que durante la realización de una tarea tengan que estar pendientes de la finalización

de un proceso que mantenía detenida una tarea previa (por ejemplo, la recepción de

los resultados del análisis de sangre requerido para la aplicación de un tratamiento

específico sobre un paciente o residente). Dentro de los entornos sanitarios, los

geriátricos son objeto de estudio por parte de los autores, quienes han centrado sus

esfuerzos a la hora de estudiar y analizar posibles mejoras que permitan en primer

lugar favorecer el desarrollo de las tareas que los empleados han de realizar por medio

de las nuevas tecnologías [10]; y en segundo lugar, mejorar el día a día de los

residentes de los geriátricos, consecuencia directa del primer objetivo.

La tecnología actual permite la creación de sistemas con diversos modos de

interacción con el fin de satisfacer las necesidades de cada tipo de usuario implicado.

En este sentido, no serán las mismas necesidades las de un empleado en constante

movimiento a lo largo del entorno de trabajo, que aquel que se encuentra en la zona

de recepción sin necesidades de movimiento alguna. Sin embargo, existe una

problemática importante en los geriátricos, la cual crea la necesidad de utilizar nuevas

formas de interacción para encontrar soluciones viables y precisas. Dicha

problemática es la localización y gestión de situaciones en las que los residentes se

vean implicados en desmayos o caídas [19]. El principal objetivo en estas situaciones

consiste en detectar lo más rápidamente posible la incidencia para ser atendida

inmediatamente. El problema incrementa en complejidad cuando el residente se

encuentra en un lugar sin empleados cercanos que puedan visualizar in situ lo

ocurrido.

Los dispositivos que permiten la interacción en movimiento, ayudan en la creación

de sistemas con capacidad para interactuar con los usuarios de forma continua y

activa, analizando sus posturas y localizando aquellas que se califiquen como

peligrosas (desmayos o caídas principalmente). Actualmente existe una amplia gama

de dispositivos de interacción en movimiento de entre los cuales es posible destacar

Kinect1, Asus Xtion Pro/Pro Live

2,3 y SoftKinect DepthSense

4. A la hora de obtener

una solución al problema previamente citado sobre desmayos y caídas en un centro

geriátrico, se ha elegido Kinect como el dispositivo adecuado. La primera razón de la

elección es la relación calidad-precio que ofrecer respecto al resto. A pesar de tener

un coste menor (hasta la tercera parte) que el resto de los citados, sus características y

capacidades son similares. La segunda razón es debida a su aplicación inicial, ser

utilizado como periférico de la consola Xbox 3605. El uso en un ámbito tan

importante comercialmente como es el mundo de los videojuegos, es una razón de

peso debido a presentar importantes y bien definidos desarrollos que impliquen

interacciones complejas. La consecuencia directa es que debido a la similitud que en

múltiples ocasiones tienen los videojuegos con la vida real, será posible trasladar

soluciones virtuales hacia entornos reales, o al menos, podrán servir como base para

desarrollos más específicos que solventen problemas de la vida cotidiana.

En este artículo se presenta una solución a la detección de desmayos y caídas en

centros geriátricos, aplicable en la mayoría de los centros sanitarios. Basado en la

interacción en movimiento de los residentes y empleados con Kinect, el sistema tiene

como objetivo aquellas situaciones en las que ningún empleado puede visualizar la

caída o desmayo. Como consecuencia, el sistema permite solventar esta situación de

forma automática, alertando en el momento de la detección al personal adecuado en

base al contexto ([2], [7] y [11]) que rodea al residente, a través de la ejecución de un

proceso de avisos.

El sistema propuesto incorpora dos características consideradas como

fundamentales para completar el correcto comportamiento del sistema propuesto:

ubicuidad ([8], [12], [13], [20] y [18]) y sensibilidad al contexto ([1], [2], [6] y [7]).

La necesidad proviene del procedimiento utilizado para saber en todo momento quién

es la persona adecuada para solventar la urgencia. El hecho de que el sistema sea

ubicuo permite ofrecer conectividad al mismo a los empleados del centro geriátrico,

en todo momento y bajo cualquier circunstancia. El sistema podrá saber dónde está

cada empleado en cada momento y qué tarea está realizando. Con esta información

recogida, el sistema será capaz de saber bajo una situación de emergencia, esto es,

ante la detección de una caída o desmayo, quién es el empleado más adecuado para

atender la urgencia. Dicho de otro modo, el sistema será sensible al contexto, ya que

al conocer dónde está cada empleado y qué tarea realiza, así como dónde ha ocurrido

la caída o desmayo, adaptará la urgencia a quién esté en mejores condiciones de

actuar.

1 Kinect, Microsoft, 2012: http://www.xbox.com/es-es/kinect 2 ASUS Xtion Pro, ASUS, 2012:

http://www.asus.com/Multimedia/Motion_Sensor/Xtion_PRO/ 3 ASUS Xtion Pro Live, ASUS, 2012:

http://www.asus.com/Multimedia/Motion_Sensor/Xtion_PRO_LIVE/ 4 SoftKinetic DepthSense, SoftKinectic, 2012:

http://www.softkinetic.com/Solutions/iisuSDK.aspx 5 Xbox, Microsoft, 2012. http://www.xbox.com/es-ES/

El resto del artículo está estructurado como sigue: el apartado 2 describe

brevemente los fundamentos de Kinect así como diferentes usos reales del

dispositivo, herramientas de desarrollo y trabajos relacionados. El apartado 3 presenta

la solución desarrollada haciendo uso de Kinect para la detección de caídas y

desmayos en un centro geriátrico. Dado que el desarrollo ha conllevado ciertos

problemas que han tenido que ser solventados y que han formado un importante punto

de inflexión, en este apartado son explicados juntos con las soluciones aplicadas.

Finalmente, el apartado 4 contiene las conclusiones obtenidas del trabajo realizado así

como el trabajo futuro que plantea.

2 Interacción en Movimiento en entornos Healthcare

Los entornos sanitarios ofrecen múltiples posibilidades a la hora de utilizar nuevas

tecnologías debido a la enorme cantidad de tareas de diversa índole que se han de

realizar y los múltiples problemas a solventar. Los centros geriátricos por las

características que presentan los residentes de los mismos, contienen la problemática

de detectar desmayos y caídas en aquellas situaciones en las que los residentes se

encuentran en zonas sin empleados que puedan visualizarlos directamente. Esto es

importante tenerlo en cuenta ya que es inviable que en todo momento, todo residente

esté siendo visualizado por al menos un empleado. Dada esta problemática a solventar

así como la accesibilidad de los autores a un centro geriátrico específico, el sistema se

centra en este tipo de centros sanitarios.

Considerando la problemática expuesta, los autores han desarrollado un sistema

ubicuo y sensible al contexto, cuyo objetivo es la detección automática de situaciones

anómalas en las posiciones adoptadas por los residentes de un geriátrico. El sistema se

basa en la distribución de múltiples dispositivos Kinect en localizaciones adecuadas

del centro. Cada dispositivo, el cual se encuentra conectado a un ordenador, se

mantiene continuamente interaccionando con las personas presentes en su campo de

acción. La interacción en movimiento de la que hace uso Kinect, permite identificar

diferentes puntos que conforman el esqueleto de cada persona identificada. Cuando se

realiza esta identificación se activa el proceso de análisis de la postura actual

detectada por parte del sistema, tal y como se especifica en el flujo de trabajo de la

Figura 3. El resultado será crear una alerta de diverso grado para verificar el estado

del residente o en caso contrario, continuar en la búsqueda de situaciones anómalas.

La identificación de posturas en el sistema se realiza por medio de la utilización del

kit de desarrollo que Microsoft proporciona. Este proceso es un elemento clave por lo

que es importante realizar una descripción sobre cómo internamente el sistema lleva a

cabo la identificación. La SDK permite obtener todos y cada uno de los puntos de

articulaciones del esqueleto que Kinect es capaz de identificar, concretamente veinte.

Estos puntos son proporcionados al sistema a través de una clase que representa al

esqueleto y a través de la cual es posible acceder a los puntos. Una vez se ha obtenido

esta clase, el siguiente paso es la obtención de aquellos puntos que sean necesarios

para la identificación de las posturas a localizar, recopilando su posición de entre los

parámetros que lo representan. Cada posición es almacenada en una clase específica

formando una tripleta de valores que hacen referencia a la posición exacta del punto

en el espacio (eje x, eje y, eje z). Una vez se han obtenido las posiciones en esta

representación, se procede a la detección de la postura del residente en cuestión. Para

ello es necesario definir algorítmicamente cada postura considerada como conocida,

bien sea clasificada como peligrosa o no. De este modo todas aquellas posturas

conocidas quedarán almacenadas algorítmicamente como si de un patrón se tratara. El

siguiente paso en la identificación de posturas es comprobar que cada postura

detectada se encuentra dentro de cada patrón. Para ello, cada postura debe ser

analizada por el algoritmo que representa cada postura definida como patrón. Aquella

que obtenga un error con respecto al patrón, que se encuentre dentro de un rango

adecuado, podrá considerarse como postura relativa a ese patrón y quedará

identificada. La Figura 1 muestra algunos ejemplos de posturas correctamente

identificadas.

Figura 1. Ejemplo de posturas identificadas correctamente por el sistema

Para el correcto funcionamiento del sistema, el despliegue realizado a lo largo del

centro geriátrico objetivo, está compuesto por cuatro elementos principales (ver

Figura 2): área de vigilancia, ordenadores personales, Servidor Web y base de datos.

El primero de ellos se centra en el área de vigilancia, que hace referencia a cualquier

zona del geriátrico en la que se pueden dar situaciones de caídas o desmayos y que a

su vez exista la posibilidad de que un empleado no se encuentre presente. Ejemplos de

este tipo de áreas pueden ser salones comunes en los que los residentes interactúan

unos con otros, pasillos (cuyo número puede ser importante), ascensores, etc. En estas

zonas el sistema contiene una cámara Kinect la cual interactúa con los residentes con

el fin de detectar sus posturas. El siguiente elemento necesario para el despliegue son

los ordenadores a los que cada cámara Kinect ha de estar conectada. Estos

ordenadores contienen una parte importante del sistema, concretamente, la parte

encargada de hacer uso de la SDK de Microsoft para Kinect. Su función principal es

identificar la postura actual de cada residente o empleado detectado. A continuación,

el sistema hace uso del Servidor Web el cual permite la comunicación con empleados

del mismo, la creación de alertas y por supuesto, la localización de los empleados

requeridos en base a ciertas condiciones. El servidor accede al cuarto componente, la

base de datos, la cual contiene el estado actual del sistema. Este estado permite al

sistema ser calificado como sensible al contexto ya que permite saber qué hace y

sobretodo, saber dónde está cada empleado, básicamente su contexto actual. Dicha

información le da la capacidad al sistema de conocer en todo momento a quién avisar

ante un desmayo o caída. Cada vez que se detecta una de estas situaciones, el

ordenador relativo a la detección solicita al servidor un listado de las personas que se

encuentren en mejores condiciones para solventar el problema. Para ello, el servidor

conociendo la localización del dispositivo Kinect asociado y la de todos y cada uno de

los empleados, así como su tarea actual, será capaz de seleccionar los empleados más

adecuados.

Figura 2. Despliegue del sistema de detección de caídas y desmayos propuesto

Un aspecto adicional del sistema en base a su comportamiento sensible al contexto,

es la recopilación del contexto que rodea a cada usuario. Para ello, el sistema recopila

por medio de los dispositivos que cada empleado utiliza, la información que requiere.

Las tareas que realizan se obtienen por medio de sus solicitudes al sistema por medio

del propio servidor (quien le indica la siguiente tarea a realizar) y las localizaciones

gracias a la red de interconexión establecida. Esta red está compuesta por un conjunto

de puntos de acceso, asociados a una zona del centro concreta. De este modo, cada

vez que un usuario se conecta a un nuevo punto de acceso, localizando mayor señal

Wi-Fi, el dispositivo lo comunica al servidor quien lo refleja en la base de datos.

Teniendo en cuenta esta red de interconexión, queda claro que el sistema ofrece

ubicuidad gracias a la misma, ya que mantiene a todo usuario conectado,

permitiéndole en todo momento y bajo cualquier circunstancia, hacer uso del sistema.

2.1 Proceso de Detección y Actuación Ante Caídas y Desmayos

El flujo que sigue el sistema desarrollado (ver Figura 3) comienza con la detección

de una persona cuando se sitúe dentro del radio de acción sobre el que cada

dispositivo Kinect es capaz de captar movimiento. Una vez se ha detectado un

usuario, el sistema captura la posición del mismo y la analiza posteriormente. El

análisis consiste en la comparación de la posición detectada con un conjunto de

patrones sobre posturas previamente definidas y conocidas. Dentro de este conjunto

es importante indicar que cada una tiene un grado de alerta que permite saber si la

postura identificada implica mayor o menor grado de peligro, por lo que permite saber

si actuar con mayor o menor urgencia, o no actuar. Adicionalmente, el sistema trabaja

siguiendo cuatro estados a partir de los cuales se guía su comportamiento: normal,

pre-alerta, alerta y urgencia. Estos estados implican diferentes grados de actuación

como a continuación se describirán.

Inicialmente el sistema se encuentra en estado normal buscando de forma

continuada una postura. Si el sistema detecta una postura normal en cuanto a que no

implica riesgo alguno en la integridad del residente, es decir, que no refleja que pueda

haberse producido una caída o desmayo, el sistema continúa con la búsqueda de

situaciones anómalas. En el caso de que la postura encontrada corresponda a un

patrón de postura con riesgo de caída o desmayo, así como una postura que no

coincida con patrón alguno, el sistema entra en un estado de pre-alerta.

El estado de pre-alerta consiste en esperar cinco segundos antes de lanzar la alerta.

El sentido de este estado no es otro que confirmar si se ha producido una caída o

desmayo, o por el contrario es una postura puntual que el residente ha adquirido

momentáneamente. El procedimiento adoptado para diferenciar ambos casos es

detectar un movimiento claro en el usuario implicado, modificando su posición

anómala de manera contundente. Si por el contrario, el usuario no modifica su

posición, el sistema continúa con el estado de alerta.

Figura 3. Flujo de trabajo del sistema de detección de caídas y desmayos propuesto

Llegados a este punto el sistema actúa con el estado de alerta pero diferenciando

dos tipos de situaciones temporales en el geriátrico: silenciosas y no silenciosas. En el

primer caso, el sistema entiende que es de noche y por lo tanto se ha de actuar de

diferente manera que durante el día y la tarde. Concretamente, el sistema envía un

aviso al empleado encargado de gestionar las alertas, de modo que su labor será

visualizar por pantalla el estado del residente, gracias al envío de la imagen que

captura la posición detectada por parte del ordenador al que la cámara Kinect

implicada se encuentra conectada. Si el empleado no ve riesgo alguno devuelve al

sistema al estado normal, en caso contrario, introduce al sistema en estado de urgencia

y avisa por medio del mismo, al empleado más cercano con el fin de que ayude al

residente lo más rápidamente posible.

Cuando la detección se produce durante el día o la tarde, el sistema actúa siguiendo

tres pasos. En primer lugar se envía al residente implicado una señal de audio que se

emite desde unos altavoces instalados en el ordenador al que la cámara Kinect en

cuestión está conectada. La señal indicará al residente que proceda al levantamiento

de un brazo. En este momento la cámara Kinect interactuará para detectar el

movimiento solicitado por el sistema. Si el sistema detecta la posición esperada, la

alerta se elimina ya que se descarta peligro alguno, se vuelve al estado normal en el

sistema de manera automática y se continúa analizando posturas. Si no se recibe una

señal visual adecuada del residente por medio de su interacción en movimiento con el

sistema, este entra en estado de urgencia y envía un aviso al empleado encargado de

caídas y desmayos. Dicho empleado analizará la situación determinando si es

necesaria o no la intervención de un segundo empleado cercano al lugar donde se

encuentre el residente implicado. En caso afirmativo hará uso de la funcionalidad

asociada que ofrece el sistema, eligiendo automáticamente al empleado más

adecuado.

2.2 Parámetros Utilizados

El sistema utiliza un estudio paramétrico con el fin de actuar frente a caídas y

desmayos de residentes de un centro geriátrico. En primer lugar, el sistema debe

encontrar la información a ser utilizada en el proceso relativo al estudio. En este

sentido, tal y como se ha descrito en el apartado 2.1, un conjunto de dispositivos

Kinect recopilan la postura adoptada por cada residente detectado. Una vez el sistema

ha detectado un cambio de postura, el proceso comienza por medio del análisis de un

conjunto de parámetros establecidos: transición de estados, tiempo de transición,

estado del sistema, tiempo de alerta, postura previa y día/noche. El sistema

almacena de manera actualizada dichos parámetros para cada residente, de modo que

su análisis permitirá al sistema reaccionar de acuerdo a un conjunto de reglas. A

continuación se describe cada parámetro así como las acciones a realizar en función

del estudio realizado.

Transición de estados. Los cambios de postura realizados por los residentes son

un elemento fundamental en el sistema. Este parámetro define el punto de inicio del

proceso relativo al estudio sobre la situación actual en el centro geriátrico. El sistema

debe analizar el resto de parámetros con el fin de saber qué acción debe ser realizada

cuando se detecta un cambio de postura. Se consideran cinco posturas a identificar y

que por lo tanto, cada residente puede adoptar: de pie, sentado, sentado y desmayado,

tumbado y desconocida. Dos de estas posturas han de ser destacadas del resto:

sentado y desmayado y desconocida. La primera ha de ser considerada con el fin de

tener en cuenta una potencial y conflictiva situación. Se ha detectado un problema

importante cuando un residente se encuentra sentado y se desmaya. Esta situación ha

implicado la necesidad de refinar el algoritmo inicial utilizado para la detección de

posturas en busca de situaciones conflictivas. La segunda postura remarcable es la

denominada como desconocida. Existe la posibilidad de que Kinect detecte posturas

que no sean identificadas con alguno de los patrones de posturas definidos. En este

sentido se considera necesario identificar la postura desconocida a la hora de estudiar

las diferentes posturas adoptadas por los residentes.

Tiempo de transición. El tiempo es un atributo importante en cada posible

situación de emergencia. El sistema debe esperar un período de tiempo razonable

(definido como un valor límite o umbral) para considerar que un residente se

encuentra en peligro (se ha visto implicado en una caída o desmayo) si no cambia su

posición. El tiempo de transición está directamente relacionado con la transición de

estados porque se utiliza cuando el sistema detecta que un residente no ha cambiado

su postura durante dos transiciones o si ha adoptado una postura crítica pero adquirida

como una acción momentánea. Si el residente no ha modificado su postura mientras

se encuentra sentado, es posible que se haya producido una caída o desmayo de modo

que el sistema ha de controlar el tiempo durante el cual el residente permanece sin

modificar la posición. Cuando un residente es detectado tumbado, el sistema debe

esperar durante un período pequeño de tiempo por si simplemente se trata de una

acción momentánea la cual no implica problemas. Es importante tener en cuenta

llegados a este punto que será necesario diferencia las horas de sueño de los

residentes, aquellas en las que es posible que duerman, con el fin de ampliar

claramente el período de transición. Es por esto necesario tener en cuenta el

parámetro día/noche que será explicado a continuación.

Este parámetro es fundamental para controlar si un residente está sentado y

desmayado. Controlar el tiempo de transición permite al sistema saber si un residente

se encuentra sentado durante demasiado tiempo, lo cual puede indicar problemas en la

salud del residente acaecidos mientras se entraba sentado.

Estado del sistema y tiempo de alerta. La Sección 2.1 ha descrito el flujo de

trabajo que el sistema sigue donde pasa por un conjunto de estados los cuales tienen

una importante influencia en su comportamiento. El sistema puede encontrarse en

cuatro estados diferentes: normal, prealerta, alerta y emergencia. Estos estados

proporcionan diferentes niveles de alerta permitiendo al sistema a trabajar desde un

modo relajado hasta un modo de urgencia. El estado del sistema es tenido en cuenta

en la mayoría de las situaciones porque el sistema actúa de diferente manera en

función de su propio estado. Por lo tanto es importante describir las implicaciones de

cada estado:

Normal. El sistema comienza en estado normal y continuará en él siempre

que todo transcurra correctamente y sin problemas en el centro geriátrico. En

definitiva si el sistema se encuentra en este estado esto significa que no hay

residentes en peligro.

Prealerta. El sistema necesita un estado previo para situarse en alerta ante

posibles caídas y desmayos con el fin de eliminar falsas alarmas. El sistema

entra en estado de prealerta cuando una postura anómala es detectada

esperando a que el residente confirme su estado correcto por medio de un

cambio postural. Si el residente confirma que se encuentra en correcto

estado, el sistema cambia su estado a normal, de otro modo el sistema entra

en estado de alerta siguiendo el camino marcado en el flujo de trabajo de la

Sección 2.1

En este estado un nuevo parámetro ha de ser considerado: tiempo de alerta.

Este parámetro define el período de tiempo durante el cual el sistema espera

una respuesta de un residente en una posible postura conflictiva. Es

importante para conocer cuándo el sistema ha de cambiar su estado en modo

alerta. Por lo tanto, el tiempo de alerta puede ser definido como el tiempo

durante el que el sistema mantiene el estado de prealerta cuando detecta una

posible caída o desmayo en el centro geriátrico. Una vez dicho período de

tiempo ha sido sobrepasado, el sistema cambia su estado a estado de alerta.

Alerta. Este estado es utilizado cuando el sistema no obtiene respuesta de un

residente indicando un correcto estado. Este estado implica el comienzo del

proceso relativo a la confirmación de la necesidad de ayuda de un residente

concreto debido a una caída o desmayo.

Urgencia. Finalmente si una caída o desmayo es detectado, el sistema

cambia su estado al de urgencia, lo cual implica actuar inmediatamente con

el fin de solventar el problema ocurrido. Para ello los empleados en mejores

condiciones de solventar el problema serán aislados de la situación,

solicitando su presencia inmediata en la zona conflictiva.

Día/Noche. El sistema se comunica con los residentes cuando se encuentra en el

estado de alerta por medio de señales sonoras solicitando un movimiento específico.

Sin embargo, por la noche, el sistema ha de comunicarse con el personal de vigilancia

con el fin de molestar lo menos posible a los residentes. Este parámetro es

fundamental para respetar las horas de sueños de los propios residentes, evitando

sobresaltos innecesarios que puedan afectar en la salud de los implicados. Por lo

tanto, en este contexto el término noche significa hora de sueño.

2.3 Estudio Paramétrico

El estudio paramétrico genera el proceso principal del sistema. Este proceso consiste

en el análisis de los parámetros descritos en la Sección 2.2 una vez detectada la

postura de un residente o cuando éste no cambia su posición durante un tiempo

específico de tiempo durante el cual es posible que se hay producido alguna

incidencia. Cada combinación de parámetros implica una acción a realizar por el

sistema, de modo que un completo análisis es requerido con el fin de no olvidar

cualquier posible caso. El número de posibilidades que ofrecen los posibles valores de

cada parámetro son 800, las cuales provienen del siguiente análisis de valores: (1) el

número de posibles transiciones entre las cinco posturas que se pueden identificar de

un residente es 25; (2) el número de posibles estados del sistema es 4; y (3) el sistema

considera un umbral en el caso de tiempo de transición y el tiempo de alerta por lo

que para tiempo se han de considerar 2 posible valores (cuando el tiempo umbral es

excedido y cuando no).

El análisis de toda combinación ha sido realizado y sus resultados suponen un

elemento esencial a la hora de diseñar e implementar el sistema. Con el fin de facilitar

la explicación de las diferentes combinaciones en el presente documento, se han

agrupado tal y como se especifica en la Tabla 1. En primer lugar, el número de

transiciones de estados se ha reducido. Para cada postura detectada, aquellas posturas

previas que impliquen la misma acción a realizar por el sistema han sido agrupadas.

En segundo lugar, los estados de alerta y urgencia se han eliminado del análisis de las

combinaciones debido a que independientemente de la postura anterior siempre se

seguirá el mismo proceso (ver Sección 2.1). Y tercero, la Tabla 1 no muestra las

combinaciones donde el sistema no ha de realizar acción alguna.

Tabla 1. Estudio realizado de las posibles combinaciones de los parámetros considerados

Postura

Nueva Postura Anterior Normal Prealerta

Día /

Noche

Tiempo de

Transición

Tiempo

de Alerta Acciones

De pie De pie X Noche >20min Estado = Prealerta

De pie No De pie X Tiempo de transición

= 0

De pie De pie X >10min Estado = Alerta

De pie No De pie X Estado = Normal

Sentado Sentado X =>20min Estado = Prealerta

Sentado Sentado X =>10min Estado = Alerta

Sentado No Sentado X Tiempo de transición

= 0

Sentado No Sentado X Estado = Normal

Sentado and

Desmayado

Sentado and

Desmayado X

Caso imposible

Sentado and

Desmayado

Sentado and

Desmayado X >5seg Estado = Alerta

Sentado and

Desmayado

No Sentado and

Desmayado X Estado = Prealerta

Sentado and

Desmayado

No Sentado and

Desmayado X >5seg Estado = Alerta

Tumbado Tumbado X Día >2h Estado = Prealerta

Tumbado Tumbado X Noche >4h Estado = Prealerta

Tumbado Tumbado X >5min Estado = Alerta

Tumbado Tumbado X >2h Estado = Alerta

Tumbado De pie X Estado = Prealerta

Tumbado De pie X Caso imposible

Tumbado Sentado X <5seg Estado = Prealerta

Tumbado Sentado X >5seg Estado = Prealerta

Tumbado Sentado X Estado = Alerta

Tumbado Sentado and

Desmayado X Caso imposible

Tumbado Sentado and

Desmayado X Estado = Prealerta

Desconocida Desconocida X >10seg Estado = Prealerta

Desconocida Desconocida X >5seg Estado = Alerta

Desconocida No Desconocida X >5seg Estado = Alerta

El estudio paramétrico ofrece un conjunto de acciones que el sistema ha de realizar

para cada combinación de parámetros estudiada (fila acciones en la Tabla 1). Estas

acciones representan las reglas que guían el comportamiento del sistema, las cuales

son descritas a continuación en función de la nueva postura detectada:

De pie. El sistema busca una situación anómala cuando la postura previa ha

sido de pie, es de noche y además, el tiempo de transición es mayor de veinte

minutos, esta situación es anómala porque no se considera común el hecho

de que una persona pasee por la noche por una residencia como término

general. Es por esto que dicha situación lleva al sistema al estado de prealerta

cuando se encontraba en el estado normal para poder controlar la situación

descrita. Si el estado de prealerta persiste durante diez minutos, el sistema ha

de cambiar al estado de alerta y con ello activar el proceso relativo. En el

resto de casos, las situaciones se consideran normales así como usuales sin

implicar peligros asociados manteniendo al sistema en estado normal o

devolviéndolo a él si se encontraba buscando posibles alertas.

Sentado. El sistema entra en estado de prealerta cuando detecta que un

residente se encuentra sentado durante más de veinte minutos sin cambiar su

postura. La principal razón e esta reacción es que es posible que exista una

situación de peligro debido a que puede que el residente haya tenido

problemas mientras estaba sentado. Consecuentemente, si el sistema está en

prealerta y el tiempo de alerta es mayor de diez minutos, este cambia al

estado de alerta empezando el proceso que se encargará de verificar lo

ocurrido. En otro caso, el sistema continua o vuelve al estado normal debido

al cambio de postura del residente en cuestión.

Sentado y desmayado. El sistema cambia a estado de prealerta cuando se

encuentra en estado normal y la postura previa no es sentado y desmayado,

ya que la nueva postura es potencialmente peligrosa. Si la postura continúa

sin variar durante cinco segundos, el sistema cambia al estado de alerta. Es

importante destacar la posibilidad de que el sistema se encuentre en estado

de prealerta siendo la postura previa una diferente a sentado y desmayado.

En este caso el sistema ha de pasar a alerta debido a que puede ocurrir que la

nueva postura tenga como origen un problema previo.

El único caso imposible se presenta cuando el sistema esté en estado normal

y la postura previa sea sentado y desmayado ya que cuando esta postura es

detectada el sistema entra en estado de prealerta automáticamente debido a

que como se ha comentado previamente es considerada una postura

potencialmente peligrosa.

Tumbado. El sistema entra en estado de prealerta cuando se encuentra en

estado normal y el residente se mantiene tumbado durante un tiempo

suficiente como para considerar que existe un problema. Dicho tiempo es

mayor cuando el sistema analiza en un período de horas silenciosas (noche o

siesta) porque en este caso, es lógico que el residente se encuentre

durmiendo.

Cuando el sistema se encuentra en estado de prealerta y el residente continúa

tumbado durante un tiempo excesivo, el sistema cambia a estado de alerta ya

que es posible que el residente tenga problemas. Si la postura previa fue

sentado, el sistema estudia el tiempo de transición debido a que si la postura

ha cambiado muy rápido es muy probable que se haya detectado un

problema. Cuando el cambio proviene de encontrase de pie, la situación

define con un alta probabilidad una caída o desmayo, por lo tanto el sistema

entra en prealerta.

El último posible caso aparece cuando la postura anterior fue sentado y

desmayado o sentado mientras el sistema estaba en prealerta, algo que

presenta otra potencial situación anómala lo que implica que el sistema

quede en estado de alerta.

Desconocida. Cuando el sistema detecta una postura desconocida, el

procedimiento consiste básicamente en cambiar su estado al siguiente. La

principal razón de este comportamiento es que como la postura es no

conocida, el sistema debe considerar que el residente está en una posible

situación de riesgo.

3 Conclusiones

Los entornos sanitarios presentan gran cantidad de situaciones difíciles de manejar.

Una de ellas es la detección de caídas y desmayos en lugares o instantes de tiempo en

los que un empleado no puede visualizar lo ocurrido. La principal razón es debido a la

dificultad que existe en conseguir la situación ideal, en la que todo residente o

paciente es visualizado continuamente por al menos un empleado. Debido a esto, el

uso de nuevas tecnologías es indispensable con el fin de lograr sistemas que permitan

gestionar automáticamente estas situaciones, ayudando de este modo a los empleados

en el manejo de situaciones complejas y de urgencia.

Los dispositivos que permiten la interacción en movimiento con los usuarios, son

un interesante elemento para ser utilizado en centros sanitarios con el fin de solventar

la detección de caídas y desmayos. Estos dispositivos permiten localizar a los usuarios

situados en su radio de acción, generando la posibilidad de detectar sus posturas,

movimientos, gestos, etc.

En el presente artículo se ha descrito un sistema aplicado a un geriátrico (pero

válido para la mayoría de centros sanitarios) por medio del cual se detectan caídas y

desmayos de forma automática haciendo uso de uno de los dispositivos de interacción

en movimiento actuales, el dispositivo creado por Microsoft, Kinect. La elección de

este dispositivo ha sido debida a su relación coste-prestaciones en comparación con

dispositivo similares. A pesar de ser el más económico, sus capacidades eran muy

similares al resto de dispositivos de interacción en movimiento. El despliegue del

sistema consiste en la colocación de múltiples cámaras a lo largo de un geriátrico

conectadas cada una a un ordenador personal. Su localización se basa en situarlas en

aquellas zonas donde existe un alto grado de caídas y desmayos que puedan no ser

visualizadas por empleados, como por ejemplo ascensores o pasillos.

El sistema ofrece la capacidad de analizar las posturas de cada residente localizado

en el área de alcance de cada cámara Kinect. El sistema estudia automáticamente cada

postura comprobando si se trata de una situación anómala (caída o desmayo) o si por

el contrario es una postura no problemática. Para ello el sistema compara cada postura

con un conjunto de patrones establecidos. En el caso de que se detecte una caída o

desmayo, así como una postura no conocida, el sistema activa un procedimiento de

actuación que implica el paso del sistema por un conjunto de estados que componen

un específico protocolo de actuación. Dicho protocolo contiene tres niveles de

urgencia donde en el primero es el propio residente el que debe confirmar su estado;

en el segundo el empleado encargado de las alertas debe comprobar visualmente en su

ordenador el estado del residente; y finalmente, el tercero implica que el empleado en

mejores condiciones de actuación ayude al residente, siendo avisado por el sistema de

forma automática. El último paso es una acción que el sistema realiza de forma

automática gracias a sus capacidades ubicuas y sensibles al contexto. La ubicuidad

permite ofrecer conectividad en el sistema en todo momento y bajo cualquier

circunstancia a todos los empleados. El resultado será poder conocer cuál es la

localización de cada usuario ya que será almacenada cada vez que modifique su

posición dentro de un radio específico. Con respecto a la sensibilidad al contexto,

dado que el sistema almacena la localización de cada empleado y además sabe la tarea

que se encuentra desempeñando, es capaz de saber quién es el empleado más

adecuado en base a su contexto para ayudar a un residente en caso de caída o

desmayo.

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