ES2252178T3 - Medicion relacionada con el metabolismo energetico humano. - Google Patents
Medicion relacionada con el metabolismo energetico humano.Info
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Abstract
Medición del ritmo cardiaco, en la que la disposición (402 a 404) de medición del ritmo cardiaco comprende una unidad (452) calculadora que comprende un modelo (200) matemático dispuesto para elaborar la calidad del metabolismo (216) energético de una persona describiendo el consumo energético en uno o más componentes energéticos como un parámetro de salida del modelo que usa como parámetros de entrada del modelo uno o más parámetros (202) del ritmo cardiaco y uno o más parámetros (204) fisiológicos, describiendo cada uno una característica fisiológica de la persona, y en el que la disposición de medición del ritmo cardiaco comprende además medios (450) de visualización para visualizar información elaborada en la unidad (452) calculadora.
Description
Mediación relacionada con el metabolismo
energético humano.
La invención se refiere a la atención sanitaria y
al ámbito deportivo, particularmente a aplicaciones que pretenden
determinar variables relacionadas con el metabolismo energético
humano en un cuerpo humano.
La economía energética humana comprende
principalmente hidratos de carbono, grasas y proteínas. Cómo éstos
se usan y proporcionan depende de la condición corporal, la cantidad
de nutrientes en uso y la intensidad del ejercicio que va a
realizarse. La condición corporal puede estudiarse, por ejemplo, a
través de la actividad, la temperatura y la presión sanguínea. A su
vez, la intensidad del esfuerzo físico, puede medirse, por ejemplo,
como una frecuencia del ritmo cardiaco con respecto al tiempo, que
da lugar a un cálculo temporal y aproximado del esfuerzo físico. En
relación con diversas enfermedades, tales como la diabetes, es
importante determinar el balance energético corporal y el contenido
en glucosa con el fin de encontrar el tratamiento adecuado. Además,
el efecto del nivel de esfuerzo físico en atletas sobre el balance
energético y el metabolismo energético es importante en lo que a la
planificación de una dieta adecuada se refiere.
Los métodos conocidos para determinar los niveles
de metabolismo energético se basan en la medición del ritmo
cardiaco durante un ejercicio. El consumo energético se ha
calculado, por ejemplo, mediante una ecuación según la fórmula
(1);
(1)EE = a + b *
HR,
en la que EE describe el nivel de
consumo energético, a y b son constantes mediante las cuales se
determina la dependencia lineal entre el ritmo HR cardiaco y el EE.
El método conocido tiene desventajas importantes. El consumo
energético que se calcula mediante el método según la fórmula (1),
no tiene en cuenta ni el esfuerzo físico previo acumulado ni la
calidad del mismo. Se usa el modelo lineal porque las mediciones del
consumo energético que se usan actualmente se basan principalmente
en mediciones de laboratorio durante esfuerzos físicos ascendentes
o usan esfuerzos físicos constantes con una carga de trabajo
determinada.
Los dispositivos de la técnica anterior para
valorar el metabolismo se describen en los siguientes
documentos:
HASTINGS G ET AL: "A
self-organising fuzzy estimator for hypoglycaemia
monitoring in diabetic patients" PROCEEDINGS OF THE 20TH ANNUAL
INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND
BIOLOGY SOCIETY. VOL.20 BIOMEDICAL ENGINEERING TOWARDS THE YEAR
2000 AND BEYOND (CAT.NO. 98CH36286), PROCEEDINGS OF THE 20TH ANNUAL
INTERNATIONAL CONFEREN, páginas 1371-1374 vol.3,
1998, Piscataway, Nueva Jersey, EE.UU., IEEE, EE.UU. ISBN:
0-7803-5164-9,
GHEVONDIAN N ET AL: "Modelling of blood
glucose profiles non-invasively using a neural
network algorithm" PROCEEDINGS OF THE FIRST JOINT BMES/EMBS
CONFERENCE. 1999 IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY 21 ST
ANNUAL CONFERENCE AND THE 1999 ANNUAL FALL MEETING OF THE
BIOMEDICAL ENGINEERING SOCIETY (CAT. N0.99CH37015), PROCEEDINGS OF
THE FIRST JOINT BMES/, 1999, página 928 vol.2,Piscataway, Nueva
Jersey, EE.UU., IEEE, EE.UU. ISBN:
0-7803-5674-8,
EP-A-0 845 241
(SEIKO EPSON CORP) 3 de junio de 1998
(1998-06-03)
Un objetivo de la invención es proporcionar un
dispositivo mejorado para determinar el metabolismo energético
humano. La invención es tal como se describe en las reivindicaciones
adjuntas.
La invención se refiere a una disposición de
medición del ritmo cardiaco que comprende una unidad calculadora
que comprende un modelo matemático dispuesto para establecer una
calidad del metabolismo energético de una persona que describe el
consumo energético en uno o más componentes energéticos como un
parámetro de salida del modelo, utilizando como parámetros de
entrada del modelo uno o más parámetros del ritmo cardiaco y uno o
más parámetros fisiológicos, en el que cada uno describe una
característica fisiológica de la persona, y en el que la
disposición de medición del ritmo cardiaco comprende además, medios
de visualización para visualizar la información que se elabora en
la unidad calculadora.
Las formas de realización preferidas de la
invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
De este modo, la invención se refiere a un
aparato para medir el metabolismo energético humano. El método para
usar la invención se ejecuta preferiblemente mediante un modelo
matemático que se basa en los datos fisiológicos del metabolismo
energético humano. En relación con la descripción de la invención,
un modelo matemático se refiere a un conjunto de procedimientos y
reglas matemáticos que se emplean para elaborar valores de
parámetros de salida a partir de valores de parámetros de entrada.
Los procedimientos matemáticos incluyen operaciones aritméticas,
tales como suma, resta y multiplicación. Naturalmente, el modelo
matemático también puede ejecutarse como una tabla o un banco de
datos, en cuyo caso un valor de parámetro de salida que corresponde
a un parámetro de entrada determinado se lee directamente del banco
de datos. En una realización de la invención, el nivel de
metabolismo energético, es decir, la cantidad de energía consumida,
se presenta como variables de salida del modelo matemático. El
consumo energético puede determinarse como una unidad de
energía/tiempo, es decir, de Kcal/minuto. En una realización
preferida de la invención, la calidad del metabolismo energético,
que significa que la energía utilizada se divide en diferentes
formas de energía, tales como hidratos de carbono, grasas y
proteínas, se presenta como parámetros de salida del modelo. En una
forma de realización preferida de la invención, la cantidad de
energía que queda en el organismo se presenta como una variable de
salida. En una forma de realización, la calidad de la energía
restante dividida en diferentes componentes energéticos se presenta
como un parámetro de salida. También puede presentarse
simultáneamente más de un parámetro de salida de los parámetros de
salida descritos anteriormente como un parámetro de salida del
modelo.
El modelo matemático según una forma de
realización de la invención devuelve como un parámetro suyo de
salida uno o más de los siguientes parámetros: la glucosa utilizada
por el organismo o la cantidad de glucosa que queda en el cuerpo de
la persona.
El conjunto de parámetros de entrada tanto del
modelo que modela el metabolismo energético como del modelo que
modela el consumo de glucosa, puede variar enormemente. En la
solución de la invención se introducen como parámetros de entrada
en el modelo al menos uno o más parámetros del ritmo cardiaco que
van a medirse a partir de la información del ritmo cardiaco. Un
parámetro del ritmo cardiaco puede ser, por ejemplo, el ritmo
cardiaco, la desviación normal del ritmo cardiaco, el ritmo de
cambio del ritmo cardiaco u otra variable de este tipo que puede
medirse a partir de los latidos cardíacos. Además, se introduce al
menos un parámetro fisiológico que describe la fisiología del
usuario como información de entrada en el modelo. Los parámetros
fisiológicos incluyen altura, peso, edad y sexo. El modelo puede
hacerse más preciso si se usan uno o más parámetros opcionales como
parámetros de entrada del modelo. En un modelo preferido, la
cantidad de energía que se suministra al organismo se introduce en
el modelo como un parámetro de entrada. La cantidad de energía que
suministrada se refiere a la energía que se ha consumido al comer o
beber o que se ha administrado, por ejemplo, a través de una
inyección. En una forma de realización preferida, la cantidad de
energía suministrada al organismo puede dividirse en hidratos de
carbono, grasas y proteínas, según la calidad de la energía. Un
parámetro de entrada opcional es la temperatura corporal, que puede
medirse, por ejemplo, en la piel con un termómetro. Además, un
parámetro de entrada opcional del modelo es la temperatura ambiente,
que afecta al nivel metabólico de la misma forma que la temperatura
corporal propia, es decir, cuanto más alta es la temperatura, tanto
más alto es el nivel metabólico. El modelo también puede usar la
presión sanguínea de una persona como un parámetro de entrada, la
presión sanguínea que afecta al metabolismo de forma que una presión
sanguínea elevada se corresponde con un nivel metabólico elevado.
En una forma de realización preferida, el modelo usa las cantidades
de gases respiratorios, es decir, oxígeno y dióxido de carbono,
como parámetros de entrada opcionales.
En una forma de realización preferida de la
invención, el modelo matemático descrito anteriormente se ejecuta
como una red neural. En una red neural, el efecto de cada parámetro
de entrada sobre cada parámetro de salida se descubre averiguando
el coeficiente de ponderación que describe el efecto. El modelo se
entrena preferiblemente por una cantidad de datos de usuarios lo
suficientemente grande que permita al modelo determinar el efecto
de cada parámetro de entrada sobre cada parámetro de salida. El
conjunto de usuarios utilizados en el entrenamiento es
preferiblemente muy grande, es decir, comprende un grupo de cientos
o incluso miles de personas que tienen características fisiológicas
que proporcionan una muestra lo más completa posible. Al suministrar
los parámetros fisiológicos de un usuario a la red neural
entrenada, puede conseguirse una clasificación muy buena del usuario
en el modelo. En una forma de realización preferida, los resultados
obtenidos por el modelo se mejoran con un ejercicio de referencia.
El ejercicio de referencia se lleva a cabo a un nivel de esfuerzo
físico conocido, que permite medir los valores exactos de algunos
parámetros de entrada, tales como los gases respiratorios. Además,
el funcionamiento de la red neural puede mejorarse al introducir un
sistema de retroalimentación en el modelo, con el que, además,
puede mejorarse el modelo al utilizar los resultados de la medición
obtenidos.
En una solución según una forma de realización
preferida de la invención, con el fin de medir el metabolismo
energético y/o la glucosa, una persona cuyos niveles energéticos van
a monitorizarse, usa un monitor de ritmo cardiaco. Un monitor de
ritmo cardiaco es un dispositivo utilizado en el ámbito deportivo y
en medicina para medir la información del ritmo cardiaco de una
persona bien a partir de un impulso eléctrico transmitido por el
corazón o bien a partir de la presión producida por un latido
cardiaco sobre un vaso arterial. Se conocen monitores de ritmo
cardiaco que comprenden, por ejemplo, un cinturón de electrodos que
se va a disponerse en el pecho de un usuario para medir el ritmo
cardiaco mediante dos o más electrodos. El cinturón de electrodos
transmite inductivamente la información del ritmo cardiaco medida en
forma de uno o más pulsos magnéticos por latido cardiaco, por
ejemplo, a una unidad receptora que se lleva en la muñeca. Debido a
los pulsos magnéticos recibidos, la unidad receptora calcula el
ritmo cardiaco y, en caso necesario, otras variables del ritmo
cardiaco, tal como la desviación normal en movimiento del ritmo
cardiaco. La unidad receptora, es decir, el monitor de muñeca, a
menudo comprende también una pantalla de visualización para
visualizar la información del ritmo cardiaco a la persona que
realiza un ejercicio y una interfaz para las otras prestaciones del
monitor de ritmo cardiaco. En la situación que se describe
anteriormente, un monitor de ritmo cardiaco se refiere a un todo
integrado que comprende un cinturón de electrodos y una unidad
receptora. El monitor de ritmo cardiaco también puede constar sólo
de una parte, de forma que los medios de visualización también se
colocan en el pecho, lo que significa que no es necesario
transmitir información alguna a una unidad receptora independiente.
Además, el monitor de ritmo cardiaco puede constar de un simple
monitor de muñeca que se coloca en la muñeca y que funciona sin un
cinturón de electrodos dispuesto en el pecho, y que mide la
información del ritmo cardiaco de la presión en el vaso. En
relación con la descripción de la invención, una disposición de
medición del ritmo cardiaco se refiere a las soluciones del monitor
de ritmo cardiaco descritas anteriormente. La disposición de
medición del ritmo cardiaco también comprende soluciones en las que
la información del ritmo cardiaco se transmite a un ordenador
externo o a una red de información que comprende medios de
visualización, tales como una pantalla de visualización de un
ordenador, para visualizar la información medida o elaborada por el
monitor de
ritmo cardiaco.
ritmo cardiaco.
El modelo matemático que requiere el método de la
invención y las otras prestaciones que requieren los modelos se
ejecutan preferiblemente mediante un software que usa un procesador
del monitor de ritmo cardiaco. Los modelos y las prestaciones
también pueden ejecutarse como ASIC (Application Specific Integrated
Circuits: Circuitos Integrados de Aplicación Específica), que usan
componentes lógicos independientes o similares. En una forma de
realización preferida de la invención, el monitor de ritmo cardiaco
comprende medios de suministro para suministrar valores de
parámetros de entrada, cuyos medios de suministro pueden ser, por
ejemplo, un teclado numérico del monitor de ritmo cardiaco, un
equipo de visualización que soporta el control, un control de voz,
una puerta de telecomunicación para control externo o similares. El
monitor de ritmo cardiaco también comprende preferiblemente medios
de visualización para visualizar los parámetros de salida.
Naturalmente, los parámetros de salida también pueden transmitirse
al usuario de otras formas, por ejemplo, mediante un controlador de
voz o una conexión de telecomunicación.
En relación con la descripción de la invención,
un ejercicio físico o un ejercicio atlético se refiere a un
ejercicio físico en el que el nivel de ritmo cardiaco de una persona
durante un tiempo determinado, por ejemplo, durante más de 10
minutos, sobrepasa un nivel de ritmo cardiaco que corresponde a un
estado de reposo. Se puede considerar la división de un ejercicio,
por ejemplo, en las siguientes fases: fase de calentamiento, fase
activa y fase de recuperación, estando el ejercicio precedido y
seguido por un estado de reposo. Las diferentes fases pueden
determinarse y separarse por ejemplo, según los niveles de ritmo
cardiaco y/o los niveles de esfuerzo físico. Una fase de
recuperación, por ejemplo, puede entonces determinarse como un nivel
de rendimiento en el que el nivel de ritmo cardiaco se reduce de
130 latidos/minuto a un nivel de reposo de 70 latidos/minuto. La
invención no se limita sólo a la medición durante un ejercicio sino
que la presente invención también es adecuada también para medir
durante un estado de reposo.
La invención proporciona varias ventajas. En
comparación con los métodos conocidos, la condición corporal de una
persona puede seguirse de una forma más precisa en cuanto a los
parámetros del metabolismo energético y/o de la glucosa.
Indirectamente, esto significa que el balance energético en atletas
y personas que padecen ciertas enfermedades puede monitorizarse de
una forma más precisa que en los métodos conocidos. Además, cuando
se usa, el método y el aparato de la invención proporcionan una
forma no invasiva de calcular el metabolismo energético y/o la
cantidad de glucosa en un cuerpo.
A continuación, se describirá la invención más
detalladamente con referencia a los dibujos adjuntos, en los
que
la figura 1 muestra una forma de realización
preferida de un método de la invención,
la figura 2 es un diagrama de bloques que muestra
la estructura de un modelo de la invención,
la figura 3A muestra la estructura de un modelo
de red neural,
la figura 3B muestra el funcionamiento del
modelo de red neural,
la figura 4A muestra una persona realizado un
ejercicio,
la figura 4B muestra un cinturón de electrodos
según una forma de realización preferida de la invención, y
la figura 4C muestra una disposición de monitor
de ritmo cardiaco de una forma de realización de la invención.
A continuación se describirá la invención
mediante las formas de realización preferidas y en referencia a las
figuras 1 a 4C adjuntas. La figura 1 describe una forma de
realización preferida de un método de la invención. En la etapa
102, se elabora un modelo matemático con el fin de encontrar uno o
más parámetros de ritmo cardiaco y el efecto de uno o más
parámetros fisiológicos sobre el nivel metabólico de una persona y/o
la cantidad de glucosa en el organismo. Un parámetro de ritmo
cardiaco se refiere al ritmo cardiaco calculado, por ejemplo, a
partir de la frecuencia del latido cardiaco, la desviación normal
del ritmo cardiaco o un parámetro de este tipo que puede calcularse
a partir del latido cardiaco. Un parámetro fisiológico se refiere a
la edad de una persona, peso, altura, sexo u otro parámetro de este
tipo que describe una característica fisiológica de la persona. En
una forma de realización preferida, el modelo matemático es una red
neural, que particularmente es muy adecuada para situaciones
complejas de modelos biológicos. Se proporcionan antecedentes
fisiológicos al modelo mediante las dependencias fisiológicas del
metabolismo conocidas que se discutirán a continuación en vistas a
los datos básicos del modelo.
La economía energética humana comprende
principalmente hidratos de carbono, grasas y proteínas. Cómo éstos
se usan y proporcionan depende de la condición corporal, la cantidad
de nutrientes en uso y la intensidad del ejercicio. Los hidratos de
carbono que se obtienen de la alimentación producen glucosa, que se
almacena en los músculos en forma de glucógeno. En la glucólisis,
la glucosa se degrada liberando energía. La reacción puede tener
lugar bien de forma aeróbica o bien de forma anaeróbica.
Caso aeróbico:
glucosa +
O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O +
energía.
Caso anaeróbico:
glucosa
\rightarrow CO_{2} + H_{2}O + lactato +
energía.
Además de la degradación de los hidratos de
carbono mostrada anteriormente, las degradaciones de los ácidos
grasos y de las proteínas se proporcionan con las ecuaciones de
degradación correspondientes; de todas formas es irrelevante
mostrarlas en el presente documento. Los ácidos grasos pueden
degradarse a energía sólo de forma aeróbica. En el músculo, la
oxidación de los ácidos grasos requiere quemar simultáneamente
glucosa. Durante el ejercicio, los músculos obtienen la energía que
necesitan del ATP (adenosina trifosfato). Una deficiencia de ATP
producida durante el ejercicio debería reponerse con la producción
de nuevo ATP de la energía almacenada. Al comienzo del ejercicio,
durante los primeros 10 a 15 segundos, las reservas de creatina
serán suficientes para proporcionar energía para producir el ATP
necesario para los músculos. Después de esto, puede empezarse a
usar la energía que puede obtenerse de la glucosa en el organismo.
Sólo después de aproximadamente 15 minutos de comenzar el ejercicio
es posible utilizar los ácidos grasos. En un ejercicio máximo de
corta duración que dure aproximadamente de diez a veinte segundos
la energía se produce fundamentalmente sólo de forma anaeróbica. En
un ejercicio que dure pocos segundos la energía se produce
fundamentalmente mediante procesos alácticos por fosfato de
creatina. Sin embargo, las reservas de fosfato de creatina son
pequeñas, y en cuanto transcurren 10 segundos del ejercicio, la
producción de energía tendrá lugar a través de procesos lácticos. En
un ejercicio máximo más largo que dura varios minutos, la
proporción de producción de energía aeróbica aumenta. Sin embargo,
en un ejercicio prolongado, la energía se produce en parte al usar
los mismos mecanismos que en un ejercicio de corta duración.
La intensidad de un ejercicio puede estudiarse,
por ejemplo, como una frecuencia de ritmo cardiaco en cuanto al
tiempo. Sin embargo, la intensidad sólo revela una intensidad
temporal del ejercicio. La diferencia entre una persona que está
físicamente en forma y una persona que no lo está, no se muestra
necesariamente en la intensidad a la que pueden realizar un
ejercicio, pero antes que nada, en la forma en que soportan la
duración del ejercicio y en la forma en que el ejercicio afecta a
la persona. El nivel de esfuerzo físico que afecta a la cantidad de
metabolismo acumulativo se reduce con el reposo, de forma que,
además de la simple intensidad, un análisis más preciso del nivel y
de la calidad del metabolismo también requeriría información del
ejercicio previo. Un objetivo de la presente invención es conocer
los diversos factores diferentes que no se tienen en cuenta al
calcular el metabolismo en modelos que se basan sólo en la
intensidad. En una forma de realización según el modelo de la
invención, el modelo puede presentarse mediante una ecuación según
la fórmula (2):
(2)EE =
F(HR, Act, Tem, Tair, Time, BP, Nfat,
Nch),
en la que EE describe el consumo
energético, F se refiere a una función que depende de las variables
de la expresión entre paréntesis, HR describe uno o más parámetros
del ritmo cardiaco, Act se refiere a la actividad de la persona,
Tem a la temperatura corporal de la persona, Tair a la temperatura
del aire que rodea el cuerpo, Time a la duración de un ejercicio de
una medición, BP a la presión sanguínea medida, por ejemplo, de una
a tres veces al día, Nfat a la cantidad de grasa que obtenida de la
alimentación, y Nch, a la cantidad de hidratos de carbono que
obtenidos de la alimentación. La cantidad de glucosa en el organismo
puede calcularse usando una fórmula que corresponde a la fórmula
(2), en la que EE se sustituye por GLU para describir la cantidad
de
glucosa.
En lugar de una solución basada en la red neural,
en una forma de realización el modelo de la fórmula (2) se calibra
manualmente según los resultados de la medición. Cada persona
calibra el modelo según las respuestas producidas por su propio
cuerpo, por ejemplo, puede medirse el contenido en glucosa del
organismo a partir de la sangre, de forma que los parámetros del
modelo pueden calibrarse adecuadamente.
En la etapa 104 del método de la figura 1, la red
neural se entrena mediante una cantidad grande de datos de
usuarios. Los datos de usuarios se recopilan, por ejemplo,
preferiblemente de aproximadamente mil usuarios, lo que permite a
la red neural conocer y componer los coeficientes de ponderación de
las sinapsis de forma que el modelo obtenga los mejores resultados
posibles. En la etapa 106, se suministra a la red neural información
específica del usuario, tal como parámetros fisiológicos e
información sobre alimentos consumidos. Preferiblemente, el modelo
se calibra antes del verdadero uso utilizando los datos reales del
usuario. Como en el caso de la glucosa, esto significa que la
cantidad real de glucosa en la sangre se mide por la mañana usando
un glucosímetro, el resultado de la medición real se suministra al
modelo, que, usando un sistema de retroalimentación, calibra los
parámetros del modelo de forma que puede conseguirse el valor real
medido. En una forma de realización preferida, se integra el modelo
matemático en el monitor de ritmo cardiaco; la etapa 108 del método
muestra el monitor de ritmo cardiaco durante su uso. El monitor de
ritmo cardiaco mide uno o más parámetros de ritmo cardiaco del
ritmo cardiaco de una persona según el cual el monitor de ritmo
cardiaco elabora cálculos de las variables que describen el
metabolismo energético y la cantidad de glucosa. Según la etapa 110,
el monitor de ritmo cardiaco visualiza preferiblemente en su
pantalla de visualización el estado del metabolismo energético y/o
del contenido en glucosa al usuario del monitor de ritmo cardiaco,
al médico o al entrenador.
La figura 2 muestra una forma de realización de
un modelo 200 matemático fundamentalmente mediante parámetros 202 a
214 de entrada y parámetros 216 a 226 de salida del modelo 200. Uno
o más parámetros 202 de ritmo cardiaco que pueden calcularse del
ritmo cardiaco de una persona y uno o más parámetros 204
fisiológicos de la persona se introducen en el modelo 200
matemático, tal como una red neural, como un parámetro de entrada.
En una forma de realización, uno o más parámetros opcionales o un
conjunto de parámetros 206 a 214 se introducen en el modelo 200. Un
conjunto 206 de parámetros de entrada describe la cantidad de
energía consumida o bien recibida por la persona. En una forma de
realización, la cantidad de energía se describe por un parámetro. En
otra forma de realización, la cantidad de energía se divide en
diferentes formas de energía, como grasas, hidratos de carbono y
proteínas, antes de suministrarse al modelo 200. Un conjunto 208 de
parámetros describe las temperaturas que afectan al metabolismo.
Las temperaturas se describen por uno o más parámetros, tales como
la temperatura corporal de la persona, o la temperatura del aire
que rodea el cuerpo de la persona. En una forma de realización
preferida, la presión 210 sanguínea de la persona se introduce en el
modelo 200 como una variable de entrada. La presión sanguínea puede
medirse, por ejemplo, de una a tres veces al día. Un parámetro 212
de actividad describe el estado de la persona, por ejemplo, el
dormir o estar despierto se separan preferiblemente por medio de
parámetros de actividad. En una forma de realización preferida, los
gases 214 respiratorios se tienen en cuenta al calcular el
metabolismo energético. Los gases 214 respiratorios describen las
cantidades de oxígeno que se inspira y de dióxido de carbono que se
espira. El uso de los gases 214 respiratorios es una forma precisa
de describir el metabolismo energético, de forma que es preferible
usarlos, por ejemplo, cuando se entrena la red neural.
Como parámetros de salida, el modelo presenta uno
o más de los parámetros de salida o conjuntos 216 a 226 de
parámetros de salida mostrados en la figura 2. El parámetro 216 de
salida describe la cantidad de consumo energético, por ejemplo,
mediante una variable como las kilocalorías por unidad de tiempo. Un
conjunto 218 de parámetros de salida describe la cantidad de
consumo energético dividido en diferentes tipos de energía, tales
como grasas, hidratos de carbono y proteínas. Un parámetro 220 de
salida describe la cantidad de energía que queda en el organismo.
En una forma de realización preferida, los parámetros 220 que
describen la energía 206 consumida y la cantidad de energía que
queda coexisten en el modelo 200. Un conjunto 222 de parámetros
describe la cantidad de energía restante dividida en diferentes
componentes energéticos. Un parámetro 224 de salida describe la
cantidad de glucosa utilizada y un parámetro 226, la cantidad de
glucosa que queda en el organismo.
En una forma de realización preferida, el modelo
matemático elabora el nivel de esfuerzo físico de una persona
mediante uno o más parámetros del ritmo cardiaco de la persona y uno
o más parámetros que describen el esfuerzo que requiere un
ejercicio. Un parámetro del esfuerzo físico puede ser, por ejemplo,
la velocidad de un corredor o la resistencia de una bicicleta de
ejercicio. Al determinar el esfuerzo físico, el modelo emplea
preferiblemente uno o más parámetros que describen la condición
física de la persona, tales como la capacidad máxima de inspiración
de oxígeno. El modelo de la forma de realización es, por tanto, un
modelo preferiblemente de dos etapas de forma que se elabora un
cálculo del nivel de esfuerzo físico de la persona según la
información del ritmo cardiaco y se calculan los parámetros que
describen el metabolismo energético de la persona según el nivel de
esfuerzo
físico.
físico.
En una forma de realización de la invención, el
modelo matemático que ejecuta el método de la invención se ejecuta
como una red neural, los principios de funcionamiento de dicha red
se describen mediante las figuras 3A y 3B. Una red neural se usa
para modelar aplicaciones altamente complejas, como el
reconocimiento de una imagen o la voz, aplicaciones robóticas y
aplicaciones de análisis médicos, que son extremadamente difíciles
de expresar como un modelo matemático. En referencia a la figura 3A,
la red neural comprende neuronas, por ejemplo la 202A y la 202B, la
302A y la 302B, que están dotadas de un gran número de dependencias
entre ellas, por ejemplo, la 304A y la 304B. Las dependencias 304A
y 304B entre las neuronas se denominan sinapsis y se determina un
coeficiente de ponderación para cada sinapsis, por ejemplo, el W11 y
el W12. Las neuronas, es decir, los ganglios, pueden realizar
cálculos simples, por ejemplo, la neurona 302A calcula una suma que
se pondera mediante los coeficientes de ponderación de las sinapsis
del estrato previo. La red neural comprende, al menos, un estrato
de entrada que comprende las neuronas 202A a 204A, y un estrato de
salida que comprende las neuronas 216 a 220. Como el funcionamiento
de la red neural de dos estratos es bastante limitado, la red
neural comprende preferiblemente al menos un estrato HL oculto que
comprende las neuronas 302A y 302B. Las neuronas que se encuentran
al mismo nivel no tienen una sinapsis común pero un ganglio tiene
una sinapsis con todas las neuronas en niveles adyacentes al nivel
en cuestión. La figura 3B muestra más detalladamente la estructura
de una única neurona 302A. Como su entrada, la neurona 302A recibe
los parámetros 202A a 204A de entrada correspondientes ponderados
mediante los coeficientes P1 a P3 de ponderación para los que la
neurona forma una suma S de ponderación. La neurona suministra la
suma S a una función de activación, que normalmente es una función
no lineal de tipo sigmoide. Como su salida, la neurona 302A presenta
un valor T terminal que, cuando se suministra a la sinapsis 304B,
se multiplica por un coeficiente T11 de ponderación mientras que
cuando se suministra al ganglio 218, el valor terminal se multiplica
por el coeficiente T12 de ponderación.
Una característica fundamental de la red neural
es el entrenamiento. Durante una fase especial de entrenamiento, el
modelo se presenta con valores reales de entrada y salida que el
modelo compara con los valores de salida que ha calculado. El
modelo procesa la diferencia entre los valores reales y calculados,
es decir, el error, y como resultado final del proceso, los
coeficientes de ponderación de las sinapsis se ajustan con el fin
de minimizar el error. Como resultado de la fase de entrenamiento,
el peso de las sinapsis significantes se incrementa mientras que el
peso de las sinapsis de menor importancia se hace extremadamente
pequeño.
La figura 4A muestra una persona 400 realizando
un ejercicio sobre una cinta 406 de correr. El ritmo cardiaco de la
persona 400 se mide con un cinturón 402 transmisor con electrodos
que se dispone en el pecho. El ritmo cardiaco se mide con dos o más
electrodos 410A y 410B previstos en el cinturón 402 transmisor con
electrodos generándose una diferencia de potencial entre ellos
cuando late el corazón. El cinturón 402 transmisor con electrodos
se sujeta alrededor del cuerpo de la persona, por ejemplo, con una
banda elástica hecha de un material elástico. El ritmo cardiaco
medido se transmite preferiblemente de forma inductiva a un receptor
404 en la muñeca que preferiblemente también comprende una pantalla
de visualización para visualizar el ritmo cardiaco medido. La
invención también es adecuada para monitores de ritmo cardiaco en
los que un cinturón 402 de electrodos en el pecho es, además de
medir el ritmo cardiaco, responsable también de almacenar, procesar
y visualizar la información del ritmo cardiaco, lo que significa
que no se necesita disponer ninguna unidad 404 receptora
independiente en la muñeca. El monitor de ritmo cardiaco puede ser
también un simple dispositivo de muñeca en el que la parte
transmisora y la parte receptora se integran en un único
dispositivo, en cuyo caso no se necesita ningún sistema electrónico
transmisor o receptor. El latido cardiaco puede medirse en la muñeca
bien a partir de una señal de ECG del pulso de la presión arterial
o bien observando ópticamente los cambios en la absorción o
reflexión del flujo sanguíneo.
La figura 4B muestra más detalladamente el
cinturón 402 de electrodos que se muestra en la figura 4A. En la
figura 4B, el cinturón 402 de electrodos se muestra visto desde el
lado de los electrodos 410A y 410B, es decir, desde el lado que da
al cuerpo. La figura muestra además los cierres 416A y 416B con los
que el cinturón 402 de electrodos puede sujetarse a la banda
elástica que para sujetarse alrededor del cuerpo. Una línea de
puntos en la figura 4B indica además, una unidad 412 electrónica
para procesar la información del ritmo cardiaco que recibida desde
los electrodos 410A y 410B. Los electrodos 410A y 410B se conectan a
la unidad 412 electrónica mediante los conectores 414A y 414B
respectivamente.
La figura 4C muestra las estructuras del cinturón
402 transmisor con electrodos y el receptor 404 mediante una forma
de realización. En la parte superior de la figura se muestra el
cinturón 402 transmisor con electrodos, en el centro de la figura,
una muestra de la información del ritmo cardiaco que va a
transmitirse y en la parte inferior de la figura, las partes
relevantes de la unidad 404 receptora Una unidad 112 electrónica del
cinturón 402 transmisor con electrodos recibe la información del
ritmo cardiaco de los medios 410A y 410B para medir uno o más
parámetros de la información del ritmo cardiaco. Los medios de
medición son preferiblemente electrodos, y el monitor de ritmo
cardiaco comprende, al menos, dos de estos electrodos; sin embargo,
también puede haber más. Desde los electrodos la señal se
suministra a un preamplificador 420 de ECG desde el que se
transmite la señal a un preamplificador 422 de AGC (Automatic Gain
Control: control automático de ganancia) y, a través de un
amplificador 424 de potencia, a un transmisor 426. El transmisor 426
se ejecuta preferiblemente como una bobina que transmite
inductivamente información 430 del ritmo cardiaco al receptor, como
la unidad 404 receptora que se dispone en la muñeca o, por ejemplo,
a un ordenador externo.
Un latido cardiaco corresponde, por ejemplo, a
una ráfaga 432A de 5kHz, o un latido puede corresponder a un grupo
432A a 432C de varias ráfagas. Las distancias entre las ráfagas 430A
a 430C y 432A a 432B pueden ser de igual o diferente longitud, el
último caso se muestra en la figura 4C. La información puede
transmitirse inductivamente o, de forma alternativa, por ejemplo
ópticamente o a través de un conductor. En una forma de
realización, el receptor 404, como el receptor que se lleva en la
muñeca, comprende una bobina 440 receptora desde la que se
suministra la señal recibida mediante un receptor 442 de señal, a un
procesador 444 central que coordina el funcionamiento de las
diferentes partes del receptor 404. Preferiblemente, el receptor 404
también comprende una memoria 448 para almacenar la información del
ritmo cardiaco y medios 450 de visualización para visualizar el
ritmo cardiaco o las variables del ritmo cardiaco, como la
desviación normal, derivada de éstas. Los medios 450 de
visualización son, por ejemplo, el controlador de visualización o de
voz del monitor de ritmo cardiaco. En una forma de realización
preferida, los medios 450 de visualización también comprenden
medios para transmitir la información del ritmo cardiaco o de la
disposición de retroalimentación, por ejemplo, a un ordenador
externo o a una red de información. Los medios de transmisión pueden
ejecutarse, por ejemplo, como una bobina inductiva, un transmisor
óptico, un radiotransmisor o mediante un conector para que la
transmisión se lleve a cabo mediante un cable conector. Si la
información medida o elaborada por el monitor de ritmo cardiaco se
transmite a un equipo externo al monitor de ritmo cardiaco, tal como
un ordenador, la disposición se denomina disposición de medición
del ritmo cardiaco. Por ello, según una forma de realización
preferida, los medios de visualización se sitúan en el ordenador,
que pueden usarse para visualizar la información almacenada en la
memoria del monitor de ritmo cardiaco o que se mide en tiempo real.
Los medios 450 de visualización también pueden mostrar la
información del usuario relevante a la recuperación de un ejercicio
físico, como el contenido en lactato en el cuerpo, el valor de la
variación en movimiento del ritmo cardiaco, el nivel de esfuerzo
físico de la persona, la duración del ejercicio de recuperación u
otra información de este tipo. Los medios 450 de visualización
también pueden usarse para visualizar al usuario los parámetros 216
a 226 de salida del modelo 200 matemático mostrado en la figura 2
en relación al metabolismo energético o al contenido en glucosa. El
receptor 404 comprende preferiblemente medios 446 de suministro,
tales como un teclado numérico o medios de control de voz. Los
medios 446 de suministro pueden usarse para suministrar, por
ejemplo, los parámetros 202 a 214 de entrada necesarios para los
modelos 200. Preferiblemente, el modelo 200 o los modelos 200
matemáticos que requiere el método de la invención se ejecutan en
una unidad 452 calculadora del receptor 404. Es evidente, que la
unidad 452 calculadora no tiene que ejecutarse como una unidad de
dispositivo independiente sino que la unidad 452 calculadora y el
modelo 200 matemático de ésta pueden, por ejemplo, ser parte del
procesador 444 central. Además, es evidente que el monitor de ritmo
cardiaco no tiene que comprender necesariamente una unidad
calculadora como un componente de dispositivo independiente sino que
el modelo 200 puede ejecutarse, por ejemplo, en el procesador 444
central.
En la forma de realización de la figura 4C, un
monitor de ritmo cardiaco se refiere a un todo integrado que
comprende el cinturón 402 transmisor con electrodos y el receptor
404. En una forma de realización, el monitor de ritmo cardiaco
puede ejecutarse también de forma que las prestaciones anteriormente
descritas que contiene el cinturón 402 transmisor con electrodos y
el receptor 404, se sitúan en un dispositivo. El dispositivo de una
pieza puede colocarse bien en el pecho para la medición del ritmo
cardiaco o, alternativamente, el dispositivo puede usarse en la
muñeca. Para un experto en la técnica, es evidente que el cinturón
402 de electrodos y el receptor 404 pueden comprender también otras
partes además de aquéllas mostradas en las figuras 4B y 4C, pero en
esta relación, es irrelevante describir esas partes.
En una forma de realización preferida, las
prestaciones, los medios y uno o más de los modelos matemáticos que
ejecutan las etapas del método de la invención mencionadas
anteriormente, se ejecutan con un software que usa un procesador de
uso general. Los medios también pueden ejecutarse como ASIC,
mediante componentes lógicos independientes o empleando otro método
conocido de este tipo.
A pesar de que se ha descrito la invención
anteriormente en referencia a los ejemplos según los dibujos
adjuntos, es evidente que la invención no se limita a ellos pero
puede modificarse de muchas formas dentro del alcance de las
reivindicaciones anexas.
Claims (16)
1. Medición del ritmo cardiaco, en la que la
disposición (402 a 404) de medición del ritmo cardiaco comprende
una unidad (452) calculadora que comprende un modelo (200)
matemático dispuesto para elaborar la calidad del metabolismo (216)
energético de una persona describiendo el consumo energético en uno
o más componentes energéticos como un parámetro de salida del
modelo que usa como parámetros de entrada del modelo uno o más
parámetros (202) del ritmo cardiaco y uno o más parámetros (204)
fisiológicos, describiendo cada uno una característica fisiológica
de la persona, y en el que la disposición de medición del ritmo
cardiaco comprende además medios (450) de visualización para
visualizar información elaborada en la unidad (452) calculadora.
2. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque la
disposición de medición del ritmo cardiaco comprende una memoria
para almacenar la información del ritmo cardiaco y/o la información
elaborada en la unidad calculadora.
3. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque la
disposición de medición del ritmo cardiaco comprende un cinturón de
electrodos para medir el ritmo cardiaco y una unidad receptora que
comprende un receptor para recibir la información transmitida desde
un transmisor del cinturón de electrodos, dicha unidad calculadora
y dichos medios de visualización.
4. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de
visualización es una pantalla de visualización de la unidad
receptora.
5. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque la
disposición de medición del ritmo cardiaco es un monitor de ritmo
cardiaco de una pieza que se lleva en la muñeca y que comprende uno
o más sensores para medir el ritmo cardiaco, la unidad calculadora
siendo dichos medios de visualización la pantalla de visualización
del monitor de ritmo cardiaco para visualizar la información del
ritmo cardiaco y/o del metabolismo energético.
6. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo se
dispone para devolver uno o más de los siguientes parámetros como un
parámetro de salida: cantidad de energía restante en el organismo o
cantidad de energía en el organismo como calidad energética.
7. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según las reivindicaciones 1 ó 6, caracterizado porque el
modelo que contiene la unidad calculadora se dispone para elaborar
el parámetro de salida del modelo según el nivel de esfuerzo físico
de la persona, en el que el nivel de esfuerzo físico se elabora en
el modelo mediante la información del ritmo cardiaco de la persona
y uno o más parámetros de esfuerzo físico que describen el esfuerzo
que requiere un ejercicio físico.
8. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo se
dispone para recibir como un parámetro de entrada uno o más de los
siguientes parámetros: cantidad de energía obtenida, calidad de
energía obtenida, actividad de la persona, temperatura cutánea de la
persona, temperatura del aire que rodea el cuerpo de la persona,
presión sanguínea de la persona, describiendo el parámetro de
esfuerzo físico la dureza del ejercicio, la cantidad de gases
respiratorios.
9. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según las reivindicaciones 1, 6 u 8, caracterizado porque el
componente energético incluye uno o más de los siguientes
componentes: hidratos de carbono, grasas o proteí-
nas.
nas.
10. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo
matemático es una red neural.
11. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 10, caracterizado porque el modelo
se entrena en base a la información del usuario recogida de un grupo
grande de usuarios.
12. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 11, caracterizado porque en el
entrenamiento de la red neural, los coeficientes de ponderación
entre las neuronas de la red neural se calibran mediante un sistema
de retroalimentación utilizando el valor de uno o más parámetros de
salida.
13. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el parámetro
del ritmo cardiaco es un ritmo cardiaco que describe la frecuencia
del latido cardiaco, la desviación normal del ritmo cardiaco, el
ritmo de cambio del ritmo cardiaco u otros parámetros de este
tipo.
14. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el parámetro
fisiológico es la edad, el sexo, la altura, el peso u otro parámetro
de este tipo describiendo una característica fisiológica de la
persona.
\newpage
15. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque la
disposición de medición del ritmo cardiaco comprende medios de
suministro para suministrar uno o más parámetros de entrada al
modelo matemático de la disposición de medición del ritmo
cardiaco.
16. Disposición de medición del ritmo cardiaco
según la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo se
dispone para devolver uno o más de los siguientes parámetros como un
parámetro de salida: el nivel de contenido en glucosa de la persona
y la cantidad de glucosa restante en el cuerpo de la persona.
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