Arquitectura software para la prescripción de ejercicio físico personalizado

Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 137 Ariza, T.; Fernández-Jiménez, F.J.; Muñoz-Calle, J.; Sierra, A.J. y Mora, M. (2019) Arquitectura software para la prescripción de ejercicio físico personalizado / Software Architecture for Customized Physical Exercise Prescription. Revista Internacional de Medicina y Ciencias de la Actividad Física y el Deporte vol. 19 (73) pp. 137-150 Http://cdeporte.rediris.es/revista/revista73/artarquitectura985.htm DOI: http://doi.org/10.15366/rimcafd2019.73.010 ORIGINAL ARQUITECTURA SOFTWARE PARA LA PRESCRIPCIÓN DE EJERCICIO FÍSICO PERSONALIZADO SOFTWARE ARCHITECTURE FOR CUSTOMIZED PHYSICAL EXERCISE PRESCRIPTION Ariza, T.1; Fernández-Jiménez, F.J.2; Muñoz-Calle, J.3; Sierra, A.J.3 y Mora, M.4 1 Doctora en Informática, Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad de Sevilla (España) [email protected] 2 Ingeniero de Telecomunicación, Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad de Sevilla (España) fj[email protected] 3 Doctores en Ingeniería de Telecomunicación, Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad de Sevilla (España) [email protected], [email protected] 4 Doctora en Medicina y Ciencias Aplicadas al Deporte, Departamento de Educación Física y Deporte. Universidad de Sevilla (España) matim[email protected] AGRADECIMIENTOS Este trabajo no habría sido posible sin la dedicación y el entusiasmo de los alumnos de proyectos fin de carrera de Ingeniería de Telecomunicación y trabajos fin de Grado en Tecnologías de las Telecomunicaciones de la Escuela Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla A. J. Díaz, J. García, P. Gallegos y J. M. Valverde, que ha permitido la construcción del prototipo. Código UNESCO / UNESCO code: 330499 Otras: eSalud/ Others: eHealth Clasificación Consejo de Europa / Council of Europe classification: 17 Otras: eSalud/ Others: eHealth Recibido 15 de febrero de 2016 Received February 15, 2016 Aceptado 26 de julio de 2017 Accepted July 26, 2017 RESUMEN En la actualidad existe una gran cantidad de aplicaciones para la realización de ejercicio físico. En este artículo se presenta una arquitectura software para una aplicación que permite la prescripción de ejercicios físicos personalizados. Esta Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 138 arquitectura incluye dos funcionalidades, la funcionalidad para el especialista que prescribe el ejercicio y la funcionalidad para el usuario que debe seguir esta prescripción. La interacción entre el especialista y el usuario se realiza mediante el envío de eventos. Especialistas (médicos/fisioterapeutas/educadores físicos) pueden indicar los ejercicios adecuados en cada caso. Esta aplicación permitirá a los usuarios con demanda de atención personalizada mejorar la condición física y la calidad de vida. Los usuarios podrán realizar el ejercicio físico de forma autónoma, sin tener que realizar desplazamientos y en un horario flexible. PALABRAS CLAVE: eSalud, Programación de Dispositivos Móviles, Ejercicio Físico, Prescripción de ejercicio, Sistema Software. ABSTRACT Currently there is a lot of available applications to do physical exercise. This article describes the software architecture for an application that allows customized exercise prescription. This architecture includes two functionalities, the functionality that allows specialists to prescribe physical exercises and the functionality for users who must follow this prescription. Interactions between specialists and users are allowed by means of sending events. Specialists (doctors, physiotherapists and physical educators) can indicate appropriate exercises in each case. This application will allow users with demand for personalized attention to improve their fitness and quality of life. Users can perform physical exercise autonomously, without having to travel and in a flexible schedule. KEYWORDS: health information systems, mobile computing, physical exercise, prescription, software system. INTRODUCCIÓN En la actualidad existen multitud de estudios que investigan sobre la salud y la influencia de la actividad física en la mejora de la calidad de vida de las personas. Desde las instituciones públicas y privadas se están desarrollando programas de ejercicios en relación con la salud, dirigidos a diferentes colectivos. En los últimos años, quizás la mayor parte de estos programas están orientados a personas mayores y grupos de población con alguna necesidad específica (diabetes, hipertensión, obesidad, fibromialgia, cáncer, depresión…) [1][2]. La población en general demanda una actividad física saludable. Para sentirse mejor y poder realizar actividades de la vida diaria con un menor esfuerzo y gasto energético, existe una necesidad de hacer ejercicio físico. A su vez, constituye un grave problema el desconocimiento de una adecuada prescripción del ejercicio y el asesoramiento de personas no especializadas en este ámbito [3]. Cuando utilizamos “la actividad física” como herramienta terapéutica y preventiva, entonces debemos hablar de Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 139 prescripción de ejercicio físico que se define [4] como el “proceso mediante el cual se recomienda a una persona un régimen de actividad física de manera sistemática e individualizada, para obtener los mayores beneficios con los menores riesgos”. La eficacia de los programas de ejercicio físico está perfectamente demostrada en el tratamiento y prevención de numerosas situaciones. La práctica de actividad física constituye uno de los pilares fundamentales de un estilo de vida saludable y de una verdadera protección y promoción de la salud. La actividad física regular asegura, a las personas de todas las edades, unos beneficios evidentes para su salud física, social y mental, así como para su bienestar general [5]. El objetivo del ejercicio variará según el colectivo y sus características, pero el término salud, implica una mejora en la capacidad funcional del sujeto (resistencia aeróbica, fortalecimiento muscular y flexibilidad) y aspectos psico-sociales (autoestima, ansiedad, relaciones, imagen corporal, …) [6]. La expansión de las tecnologías de la información y las comunicaciones a todos los ámbitos de nuestra vida (profesional, ocio, cuidado personal, …) ha permitido familiarizar a toda la población con las nuevas tecnologías y que sea algo más o menos cotidiano en la vida de la mayoría de las personas. Por otro lado, el abaratamiento de los dispositivos informáticos y de telecomunicación (ordenadores, móviles, tabletas, impresoras, …) ha constituido un hecho fundamental en el acceso a estas tecnologías por parte de la población en general [7]. Aunque existe una gran cantidad de aplicaciones móviles para realizar ejercicio físico, como Runstatic, Endomondo…. que están pensadas para personas sanas, que quieren realizar un plan de entrenamiento, estas aplicaciones no están adaptadas para colectivos con características especiales que necesitan realizar ejercicio físico, ya sea como prevención o como mejora de determinados problemas en relación con el aparato locomotor (artrosis, dolores musculares…), cardiovascular (hipertensión) o metabólicos (diabetes, colesterol, obesidad...). Por otra parte, hay herramientas para la prescripción de ejercicio [8] conteniendo bases de datos con un gran número de ejercicios que permiten al especialista prescribir ejercicio a los usuarios. Los ejercicios prescritos habitualmente se imprimen o se mandan por correo electrónico al usuario. Sin embargo, supone una mejora la realización de estos ejercicios usando dispositivos móviles. Los usuarios podrán realizar el ejercicio físico de forma autónoma, sin tener que realizar desplazamientos y en un horario flexible. Esto permitiría a usuarios con demanda de atención personalizada mejorar la condición física y la calidad de vida. En el resto del artículo se presentan los objetivos del trabajo, la arquitectura del sistema propuesto, detallando los distintos componentes de la arquitectura, el prototipo realizado y las conclusiones del trabajo. Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 140 OBJETIVOS El objetivo de este trabajo es ayudar a la prescripción de ejercicios físicos de forma personalizada, para personas mayores o poblaciones con necesidades específicas, que podrá ser guiado por un equipo multidisciplinar integrado por médicos, psicólogos y profesionales de ciencias de la actividad física. Para ello se propone una arquitectura software de referencia para una aplicación telemática. Se realizará el análisis y el diseño, así como la implementación y prueba de un prototipo de la aplicación que permita la prescripción de ejercicios físicos personalizados a cada persona. Lo que se conseguirá con esta aplicación es poner a disposición del personal especializado una forma más cómoda de indicar a sus pacientes los ejercicios adecuados y recomendados para mejorar su dolencia o simplemente para mejorar su condición física y con ello su calidad de vida. También ayudará a los usuarios a la realización de estos ejercicios, siempre bajo las recomendaciones del especialista, sin necesidad de desplazamientos ni sujetos a horarios impuestos mediante el uso de una aplicación móvil. MATERIAL Y MÉTODOS Para llevar a cabo los objetivos marcados en la sección anterior se propone una arquitectura software para la aplicación de la prescripción de ejercicio físico personalizado. La funcionalidad se puede ver desde el punto de vista del especialista que prescribe el ejercicio físico o desde el punto de vista del usuario que debe realizar estos ejercicios para mejorar su condición física. El especialista puede prescribir ejercicios físicos a los usuarios de la aplicación de forma personalizada. Para ello, el sistema debe tener la información necesaria acerca de los usuarios y de los ejercicios que puede prescribir el especialista, así como de las rutinas de entrenamiento entendidas como un conjunto de ejercicios a realizar por el usuario. El sistema permitirá dar de alta a nuevos usuarios y nuevos ejercicios, así como asignar ejercicios a las rutinas de entrenamiento y asignar rutinas a un usuario. Desde el punto de vista del usuario, éste podrá visualizar los ejercicios físicos asignados por el especialista de una forma cómoda mientras los realiza. Para ello tendrá disponible una aplicación móvil que le permitirá autenticarse en el sistema si ya está registrado o bien registrarse en caso de que aún no esté dado de alta, y acceder a todas las rutinas de entrenamiento asignadas, visualizando los ejercicios que debe realizar y pudiendo consultar sus descripciones. Para dotar de estas funcionalidades a la aplicación, la arquitectura propuesta se divide en cuatro subsistemas diferentes: Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 141  Subsistema de gestión de la base de datos: encargado del manejo de los datos de usuarios, ejercicios y rutinas necesarios para la prescripción de ejercicios.  Subsistema de eventos: Permite almacenar eventos en una cola de eventos y recuperarlos desacoplando a los productores y consumidores de eventos (usuarios y especialistas respectivamente).  Subsistema de prescripción para el personal especializado: aplicación que permite al personal especializado indicar los ejercicios prescritos a cada usuario que vaya a usar la herramienta. Utiliza el subsistema de gestión de la base de datos para el acceso a los datos y el subsistema de eventos para el acceso a los eventos producidos por los usuarios.  Subsistema de usuario: aplicación usada por el usuario final para la realización de los ejercicios prescritos por el personal especializado. Utiliza el subsistema de gestión de la base de datos para el acceso a los datos y el subsistema de eventos para el envío de eventos producidos por los usuarios. La ilustración 1 muestra esta arquitectura con los 4 subsistemas y la interacción con el especialista y el usuario. Ilustración 1. Arquitectura del sistema Subsistema de Gestión de la BBDD Subsistema de prescripción Subsistema de usuario Especialista Usuario Subsistema de eventos Base De Datos Cola de eventos Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 142 En los siguientes apartados se detallan los distintos subsistemas y el prototipo desarrollado. SUBSISTEMA DE GESTIÓN DE BASE DE DATOS El subsistema de gestión de base de datos se encarga del mantenimiento (creación, lectura, actualización y borrado) de los datos necesarios para la prescripción del ejercicio físico por parte del especialista. En la base de datos se almacenan los datos correspondientes a los usuarios, ejercicios y rutinas asignadas a los distintos usuarios. El esquema de la base de datos usada es el mostrado en la ilustración 2. Las principales tablas de la base de datos son las siguientes:  Usuarios: Almacena los datos principales de los usuarios, tales como nombre, apellidos, usuario, contraseña necesaria para la autenticación, etc.  Rutinas: Contiene las diferentes rutinas establecidas por el especialista para asignarlas a los diferentes usuarios.  Ejercicios: En esta tabla se encuentran los distintos ejercicios físicos junto con su descripción, su finalidad y su duración.  Útiles: Aquí están contenidos los diferentes útiles que pueden ser necesarios para realizar un ejercicio.  Recursos: En esta tabla se encontrarán las localizaciones de recursos para la realización del ejercicio tales como fotos o los vídeos de cada ejercicio.  Músculos: Tabla que almacena información acerca de los músculos que serán trabajados mediante los distintos ejercicios.  ExplicacionesDeEjercicios: Tabla que contiene una explicación completa de cómo realizar cada ejercicio.  CaracteristicasDeEjercicios: En esta tabla se encuentran las principales características de un ejercicio, para qué sirve y zonas afectadas.  RecomendacionesDeEjercicios: En esta última tabla se indican las recomendaciones de cada ejercicio, a quién va dirigido y aspectos a tener en cuenta a la hora de realizar el ejercicio. Por otro lado, hay tablas que relacionan unas con otras. Estas tablas son:  RutinasDeUsuarios: Relaciona los usuarios con las rutinas que se le asignan dependiendo de los que decida el especialista.  EjerciciosDeRutinas: En esta tabla se asignan a cada rutina un número determinado de ejercicios, que serán los que deben hacerse al elegir dicha rutina. Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 143  MusculosDeEjercicios: Contiene la relación entre un ejercicio y los diferentes músculos que participan en dicho ejercicio. Ilustración 2. Esquema de la Base de Datos para la prescripción de ejercicios  RecursosDeEjercicios: Esta tabla relaciona un ejercicio con los recursos disponibles para él, tales como las fotos o videos que le corresponden.  UtilesDeEjercicios: Esta tabla relaciona los útiles disponibles con los ejercicios. Este subsistema de gestión de base de datos es usado tanto por el subsistema de prescripción como por el subsistema de usuario. SUBSISTEMA DE PRESCRIPCIÓN El subsistema de prescripción es la herramienta que usa el especialista para realizar una gestión personalizada de los usuarios. Esta herramienta, llamada Gestor de Entrenamientos, permite asignar rutinas de ejercicios a un usuario. Se usa a través de una interfaz gráfica intuitiva. Las principales funciones de este subsistema son:  Crear, modificar y eliminar usuarios. Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 144  Mandar un correo electrónico en caso de que olvide la contraseña, con la nueva contraseña asignada por el sistema.  Crear, modificar y eliminar rutinas.  Crear, modificar y eliminar ejercicios.  Modificar las rutinas asignadas a cada usuario, permitiendo añadir nuevas o eliminar las antiguas.  Modificar los ejercicios que contiene cada rutina, permitiendo añadir nuevos o eliminar los antiguos.  Modificar las fotos y los vídeos que se mostrarán de cada ejercicio en la aplicación del usuario.  Visualizar los eventos que se han producido por parte de los usuarios. SUBSISTEMA DE USUARIO El subsistema de usuario tiene como objetivo permitir que un usuario pueda visualizar en su dispositivo móvil los ejercicios físicos que el especialista le haya prescrito. Además de esto, permite enviar información acerca de las rutinas que realiza el usuario. La aplicación tiene diferentes funcionalidades para el usuario. Éste puede acceder a la aplicación una vez registrado en el sistema o bien sin registro. En este último caso, sólo se tendrá acceso a un conjunto limitado de rutinas generales y se tendrá la posibilidad de registrarse en el sistema dando los datos de usuario necesarios para el registro. Si accede un usuario registrado, entonces la aplicación ofrecerá las siguientes funcionalidades:  Cambio/modificación de la información personal de usuarios registrados.  Petición de nueva contraseña en caso de olvido vía correo electrónico.  Acceso a las rutinas del usuario.  Acceso libre a todas las rutinas.  Dentro de las rutinas, acceso a todos los ejercicios de esa rutina. El acceso a los ejercicios se podrá realizar de dos maneras diferentes:  Acceso detallado a cada uno de los ejercicios.  Acceso rápido a los ejercicios, mediante una lista con sólo los vídeos de los ejercicios de la rutina a realizar. Dentro del acceso detallado a cada uno de los ejercicios particulares de los que dispone cada rutina, el usuario podrá:  Ver la descripción del ejercicio. Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte - vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354 145  Ver la finalidad del ejercicio.  Ver la duración (número de series o repeticiones).  Acceder a propiedades del ejercicio, características o recomendaciones.  Ver los útiles (si estos son necesarios) para realizar el ejercicio, tales como cintas elásticas, pesas, esterillas, etc.  Ver los músculos implicados en el ejercicio, con una descripción y una foto de cada uno de ellos.  Para una mayor comprensión del ejercicio, fotos del ejercicio a realizar, tales como una foto de la posición inicial del ejercicio, otra foto con la posición final, así como una foto con un detalle del ejercicio que el médico o entrenador ha estimado oportuno resaltar.  Por último, un video explicativo del ejercicio, donde aparece simultáneamente la realización del ejercicio, así como una explicación. SUBSISTEMA DE EVENTOS El subsistema de eventos permite comunicar eventos producidos en el sistema por el usuario. Por ejemplo, por medio de la cola de eventos se informa al especialista de las rutinas que ha realizado el usuario. También mediante esta cola de eventos el usuario puede pedir que el especialista se ponga en contacto con él para consultarle acerca de los ejercicios. Esto permite la realización de ejercicios de una forma supervisada por el especialista. En la ilustración 3 se muestra el esquema de la comunicación de eventos entre el usuario y el especialista. Los eventos son producidos por los usuarios y consumidos por los especialistas. Ilustración 3. Esquema de comunicación de eventos