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) teresa@trajano.us.es
2 Ingeniero de
Telecomunicación, Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad de Sevilla
(España) fjfj@trajano.us.es
3 Doctores en
Ingeniería de Telecomunicación, Departamento de Ingeniería Telemática,
Universidad de Sevilla (España) javi@trajano.us.es,
antonio@trajano.us.es
4 Doctora en
Medicina y Ciencias Aplicadas al Deporte, Departamento de Educación Física y
Deporte. Universidad de Sevilla (España) matimora@us.es
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 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 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.
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:
·
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
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.
·
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.
·
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.
·
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
PROTOTIPO REALIZADO
Como
parte de este trabajo se ha realizado un prototipo para la prescripción de
ejercicios físicos a usuarios por parte del especialista. Se ha desarrollado
una aplicación de escritorio para que sea usada por el especialista para la
prescripción y una aplicación móvil para que sea utilizada por el usuario, así
como el software necesario para el acceso a la base de datos y el acceso a la
cola de mensajes.
La
arquitectura del prototipo desarrollado, incluyendo las tecnologías usadas en
la construcción de éste, se muestra en la ilustración 4.
Las
tecnologías usadas en el prototipo son las siguientes:
·
Java:
Es un lenguaje de programación orientado a objetos, multiplataforma, muy
popular para la construcción de aplicaciones distribuidas. Se ha usado para
desarrollar la aplicación del especialista.
·
Android:
Es un sistema operativo para teléfonos móviles. Está
basado en el sistema operativo Linux, un núcleo de sistema operativo libre,
gratuito y multiplataforma. El sistema operativo proporciona todas las
interfaces necesarias para desarrollar aplicaciones que accedan a las funciones
del teléfono (como la ubicación, las llamadas, la agenda, etc.) de una forma
muy sencilla en el lenguaje de programación Java. Desde hace varios años el
sistema operativo Android es el que más cuota de mercado alcanza entre los
dispositivos móviles.
·
MySQL:
Es un sistema de gestión de bases de datos relacional, multihilo y
multiusuario. Se utiliza este gestor para el almacenamiento de la información
necesaria para el sistema de prescripción de ejercicio físico.
·
Apache:
Apache es un servidor web de código abierto
multiplataforma que implementa el protocolo de comunicación HTTP/1.1 (Hypertext Transfer Protocol – Protocolo
de Transferencia de Hipertextos). Apache tiene amplia aceptación en la red. En
el prototipo se usa para atender las peticiones de los especialistas y
usuarios, tanto para acceso a los datos como para la comunicación de eventos.
·
PHP:
(PHP Hypertext
Pre-processor) es un lenguaje de programación interpretado de alto nivel,
diseñado para el desarrollo web de contenido dinámico. Los scripts PHP son los
encargados de los accesos a la base de datos y la comunicación de los eventos.
·
JSON: (JavaScript Object Notation – Notación de
Objeto JavaScript) es un formato bastante ligero empleado para el intercambio
de datos, siendo un subconjunto de la notación para objetos empleada en
JavaScript (lenguaje de programación muy utilizado en páginas web). En el
prototipo se utiliza este formato para el intercambio de los datos entre el
servidor y el usuario o el especialista.
·
Kafka:
Apache Kafka es un sistema de almacenamiento publicador/subscriptor
distribuido, particionado y replicado. Estas características, añadidas a que es
muy rápido en lecturas y escrituras lo convierten en una herramienta excelente
para comunicar eventos que se generan a gran velocidad y que deben ser
gestionados por una o varias aplicaciones.
Ilustración
4. Arquitectura del prototipo
Se
ha construido una interfaz de usuario amigable, tanto para la aplicación del especialista
como para la aplicación móvil del usuario. En la ilustración 5 se puede ver la
interfaz de usuario de la aplicación del especialista. En ella se pueden ver
cuatro pestañas diferentes, correspondientes a Usuario, Rutinas, Ejercicios y
Log. Las tres primeras pestañas se utilizan para la gestión de usuarios,
rutinas y ejercicios respectivamente, que permiten la creación, modificación y
eliminación de estos. La pestaña de Log permite al especialista visualizar los
eventos producidos por los usuarios. En la ilustración 5 también se muestra la
pestaña Log de la aplicación.
Ilustración 5. Interfaz de la
aplicación del especialista
Algunas
de las pantallas de la aplicación móvil del usuario se muestran en la
ilustración 6. La pantalla que se le presenta al usuario tras la identificación
mediante un nombre de usuario y una contraseña, la pantalla que permite al
usuario seleccionar los ejercicios de una rutina concreta y la pantalla que
permite visualizar la información referente a un ejercicio.
Ilustración 6. Pantallas de la
aplicación móvil
RESULTADOS
Los
resultados obtenidos en este trabajo son por un lado una propuesta de
arquitectura software para la mejora de la prescripción de ejercicio físico
personalizado y por otra el desarrollo de un prototipo basado en la
arquitectura propuesta. Con esta arquitectura, el personal especializado tiene
una forma más eficaz de prescribir a sus pacientes los ejercicios que permitan
mejorar su condición física, contando con la ayuda de la aplicación móvil en la
que el usuario podrá visualizar los ejercicios y las recomendaciones del
especialista para realizarlo, sin necesidad de desplazarse ni en horarios
prefijados.
DISCUSIÓN Y Conclusiones
Hoy en día las tecnologías están presentes en todos los
aspectos de nuestras vidas y la mejora de las condiciones físicas es un aspecto
realmente importante que afecta a la calidad de vida y a la salud. En este
trabajo se presenta la arquitectura sofware de una aplicación que permite a un
especialista prescribir ejercicio físico personalizado a una determinada
persona, adaptado a sus condiciones físicas y sus necesidades. Se ha presentado
un prototipo que contempla tanto la parte de la prescripción del especialista
como la parte del usuario. Con la ayuda de esta aplicación, el personal
especializado podrá indicar los ejercicios a realizar por los usuarios, que
contarán con una aplicación móvil para el seguimiento de los ejercicios
prescritos.
Debido a que este trabajo se ha centrado en el diseño de la
arquitectura y la realización de un prototipo, pueden plantearse diversas
mejoras como las mencionadas a continuación.
Se podría mejorar la comunicación entre el especialista y el usuario
mediante un sistema de mensajería. Se debe ampliar la base de datos de los
vídeos de los ejercicios. Se puede incorporar el uso de dispositivos externos
que permitan la medición de parámetros físicos del usuario mediante sensores.
Utilizar un sistema de seguridad que nos permita autenticar el dispositivo de
usuario sin tener que identificar al usuario cada vez que se inicia la
aplicación facilitaría el acceso. La aplicación móvil del usuario también se
podría programar para el sistema operativo iOS, para llegar a los usuarios que
usan este sistema operativo. Para ampliar el número de usuarios que puedan
acceder a la aplicación se podría desplegar en la “nube” para que sea
escalable.
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2016).
Número de
citas totales / Total references: 8 (100
%)
Número de
citas propias de la revista / Journal's own references: 2 (25 %)
Rev.int.med.cienc.act.fís.deporte
- vol. 19 - número 73 - ISSN: 1577-0354