ES2316331A1 - Estimulador neumatico somatosensorial de sincronizacion automatica. - Google Patents

Estimulador neumatico somatosensorial de sincronizacion automatica. Download PDF

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Abstract

Sistema estimulador neumático somatosensorial de sincronización automática con dispositivos de magnetoencefalografía y/o resonancia magnética que disponen de trigger que comprende: - Un primer subsistema de gestión que comprende un ordenador portátil (7); - Un segundo subsistema de control que comprende una tarjeta de adquisición de datos (9) que sincroniza automáticamente las señales generadas por el ordenador (7) y la información recibida del trigger (10) del dispositivo de medición, estando comunicado con el sistema de válvulas del subsistema mecánico a través de al menos un cable de conexión (11); - Un tercer subsistema mecánico que comprende un sistema de al menos dos válvulas una proporcional (14) y otra no proporcional (15) que se conectan al subsistema aplicador; - Un cuarto subsistema aplicador, que comprende un soporte aplicador (2) con al menos dos conexiones (4, 5) a las válvulas del módulo mecánico que regulan el movimiento de extensión y retracción de un pistón (1).

Description

Sistema y procedimiento estimulador neumático somatosensorial de sincronización automática.
Campo de la invención
La invención se refiere a un estimulador neumático somatosensorial sincronizado y compatible con Magnetoencefalografía (MEG) y Resonancia Magnética (RM), que se enmarca dentro del sector de la Ingeniería Biomédica, específicamente a estudios que se desarrollen en un entorno de trabajo con unas condiciones especiales, como son las que se dan en la habitación apantallada frente al campo electromagnético ambiental (EMF) del sistema de registro de la actividad cerebral MEG (Magnetoencefalografía).
Antecedentes de la invención
La mayoría de los ensayos, estudios y métodos existentes para la caracterización del dolor, utilizan un tipo de estimulación producida con corriente eléctrica directamente aplicada sobre la piel (P: 6146334, P: 6113552), o calor aplicado en cualquier parte del cuerpo (P: 5941833) y todos ellos se basan en la interpretación subjetiva de la respuesta individual al dolor (P: 6807965), sin acudir a indicadores objetivos, como el procesamiento cerebral de la señal. Así pues nace la necesidad de caracterizar objetivamente el dolor mediante técnicas de análisis, como es la nueva técnica de registro de la actividad cerebral basada en la captación de los débiles campos electromagnéticos cerebrales producto de las respuestas obtenidas tras activación estimular, como es la Magnetoencefalografía. Para ello se deben desarrollar dispositivos capaces de generar una estimulación de intensidad controlada y en todo momento conocida, capaz de interactuar, sincronizando el sistema de captura con el procedimiento de estimulación del dispositivo
MEG.
La revisión de diferentes artículos y patentes relacionados con la estimulación somatosensorial nos lleva a obtener los siguientes resultados del estado del arte:
La mayoría de las patentes registradas comprobadas, relacionadas con la estimulación realizada dentro de un dispositivo de Magnetoencefalografía, basan su aplicación en la estimulación directa del tejido cerebral. Para ello, sitúan un pequeño generador en el pecho del sujeto y mediante cable y electrodo estimulan directamente el cerebro mediante trenes de pulsos eléctricos, teniendo que realizar los registros fuera de la habitación apantallada y no de forma sincrónica además resulta un procedimiento altamente invasivo (US Pat. 11078114, US Pat. 10583630).
En lo que se refiere a la estimulación somatosensorial, encontramos también dispositivos que simulan entornos generando señales sensoriales auditivas y visuales y que son usados por ejemplo para rehabilitación vestibular y de desordenes neuronales. Como estos, también encontramos estudios más pormenorizados en lo que se registra la actividad cerebral (Tesis doctoral: Efectos de los estudios termoanalgésicos sobre circuitos reflejos subcorticales. Misericordia Veciana de las Heras), pero en este caso la estimulación se hace de forma térmica, mediante un dispositivo laser mediante calor. Otro sistema de estimulación es el llamado Dodecapus (Ruey-Song Huang, and Martin I. Sereno. Dodecapus: An MR-compatible system for somatosensory stimulation), que también se basa en un sistema neumático controlado con software, pero en este caso se aplica directamente aire sobre la cara del sujeto, pero por construcción su aplicación no es compatible con los sistemas MEG.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a estimuladores somatosensoriales compatibles y sincronizados de manera automática con las condiciones de funcionamiento de dispositivos de magnetoencefalografia (MEG) pudiendo ser compatibles también con dispositivos de resonancia magnética que contengan trigger.
Este estimulador tiene una estructura general modular dividida en cuatro subsistemas: A) De Gestión B) De control, C) Mecánico y D) Aplicador.
A) Subsistema de gestión
Formado por un ordenador portátil como interfaz con el usuario.
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B) Subsistema de control
Está formado por una tarjeta de adquisición de datos programable conectada al ordenador portátil del subsistema de gestión para la sincronización automática con el dispositivo de magnetoencefalografia (MEG).
La tarjeta posee al menos una entrada de sincronización que se conecta con la Magnetoencefalografía (MEG) de manera que proporciona una sincronización exacta por software; es decir, el sistema de trigger de la MEG produce una serie de señales durante su funcionamiento que son las que hacen que funcione perfectamente sincronizada. También se puede sincronizar con dispositivos de Resonancia Magnética siempre y cuando contengan trigger.
Para evitar que las conexiones entre tarjeta y cables queden al aire, todo el subsistema se protege mediante una cobertura exterior.
La tarjeta contiene salidas analógicas que pueden ser de tensión o de corriente, y que son las que generan las señales para controlar las válvulas del subsistema mecánico.
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C) Subsistema mecánico
Consta de dos partes:
-
una exterior formada por un compresor de aire conectado a un filtro regulador, y
-
otra integrada en una caja metálica de las mismas características.
El compresor de aire se conecta al filtro regulador mediante un tubo de plástico. La salida del filtro regulador se conecta a su vez a un sistema de dos válvulas ubicado en el interior de la caja metálica, una proporcional y otra no proporcional. La válvula proporcional está controlada en tensión para aligerar la carga de la fuente de alimentación y hacer el sistema general más portable. De esta manera el sistema neumático general se realiza en metacrilato de dimensiones reducidas comparado con lo conocido anteriormente.
Por otro lado el sistema de aire comprimido utilizado genera una presión máxima de 10 bares, lo que permite ajustar el nivel de presión aplicado en las experiencias que se realicen en la magnetoencefalografía, evitando cualquier fluctuación de la intensidad. Este ajuste se debe a que las medidas realizadas en la magnetoencefalografía son más críticas al manejarse intensidades de campo magnético mucho mas pequeños.
El dispositivo estimulador permite la estimulación en cinco posibles modos.
No es objeto de este documento entrar en el contenido del software, pero es parte fundamental de la invención la versatilidad de los diferentes modos que a continuación se presentan como parte de la descripción:
Un modo llamado "normal", que permite una secuencia fija determinada por el usuario. Permite la selección de una amplitud entre 0 y 100, proporcional a la intensidad de la presión que se va a suministrar, y permite seleccionar la duración del pulso que se aplica y el intervalo entre las sucesivas aplicaciones. A continuación con estos datos genera un tren de pulsos.
Un modo para acotar el umbral doloroso del sujeto. Permite seleccionar un salto, a partir del cual se genera una secuencia creciente controlada de 0 a 100, proporcional a la intensidad de la presión que se va a suministrar, siguiendo el salto dado, en la que además se puede seleccionar la duración de los pulsos y el intervalo entre estos.
Dos modos de reproducción aleatoria de secuencias en los cuales los parámetros de estimulación varían libremente. Uno de ellos permite seleccionar los márgenes máximo y mínimo entre los que oscilarán los valores de amplitud, y el otro varía los valores aleatoriamente entre 0 y 100.
Un modo personalizado para caracterizar cada uno de los parámetros individuales. Permite seleccionar la amplitud de cada pulso individualmente, así como la duración de los pulsos y el intervalo entre ellos. A continuación se compone un tren de pulsos con los datos introducidos.
Previa activación, cada uno de los modos muestra gráficamente una representación de la secuencia que se va a aplicar.
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D) Subsistema aplicador
Las salidas de las dos válvulas antes nombradas se conectan con el sistema aplicador mediante sendos tubos plásticos de las mismas características que el mencionado en la descripción del subsistema mecánico, pero con una longitud máxima de 7 metros, lo que permite evitar pérdidas apreciables de presión en las paredes del tubo. Estos dos tubos se conectan a un aplicador anatómico de material plástico acolchado. Este aplicador posee unas sujeciones en forma de tiras de adhesivo tipo velcro® que aseguran una firme y precisa fijación en el punto deseado.
La estimulación se realiza mediante un pistón de plástico firmemente unido a una placa también de plástico, para evitar su desplazamiento, que efectúa un movimiento de extensión-retracción. Para el movimiento de extensión se utiliza la acción de la válvula proporcional. Ésta, mediante software, genera una presión que se traduce en una extensión proporcional del pistón. Para el movimiento de retracción, se utiliza la acción de la válvula no
proporcional.
El sistema aplicador está diseñado para ser adaptable a diversas partes de la anatomía humana. Por ello, el sistema del pistón se monta sobre una superficie semirrígida adaptable de material no ferromagnético, al que se le sitúan una serie de tiras también no ferromagnéticas, que sirven de anclaje al cuerpo humano. El aplicador además dispone de medidas para evitar la tumefacción de los puntos de aplicación, así como posibles lesiones.
El procedimiento de estimulación somatosensorial neumático que utiliza el dispositivo de la invención para la medición con magnetoencefalografía o resonancia magnética de la respuesta generada en el cerebro y así obtener una caracterización del dolor, podría resumirse en las siguientes etapas:
-
Una primera etapa de selección del modo de estimulación en el ordenador del subsistema de gestión, quedando el sistema listo para su activación mediante la señal del trigger.
-
Una segunda etapa de sincronización automática en la tarjeta de adquisición de datos del subsistema de control, de la estimulación producida por el pistón, con la señal detectada en la tarjeta recibida a través del trigger de la magnetoencefalografía.
-
Una tercera etapa de conversión de las señales generadas por el ordenador en la tarjeta de adquisición de datos del subsistema de control.
-
Una cuarta etapa de envío de la señal de la tarjeta de adquisición de datos a las válvulas del subsistema mecánico, de manera que se genera la presión seleccionada.
-
Una quinta etapa de envío de la presión de las válvulas a las conexiones del subsistema aplicador.
-
Una sexta etapa de extensión y retracción del pistón del subsistema aplicador.
-
Una séptima etapa de medición, en los dispositivos de magnetoencefalografía o resonancia magnética, de-la señal producida por el cerebro en respuesta a la estimulación producida.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del subsistema aplicador.
La figura 2 muestra la conexión posterior del aplicador, con las dos entradas para los tubos de material plástico provenientes de la válvula proporcional y de la no proporcional.
La figura 3 muestra un esquema de la conexión vía puerto USB entre el subsistema de gestión y el subsistema de control que se sincroniza con el trigger de la MEG.
La figura 4 muestra un esquema del montaje entre la tarjeta y las válvulas proporcional y no proporcional, y como éstas se conectan al aplicador.
Los elementos representados en las figuras corresponden a la siguiente numeración:
1.-
Pistón
2.-
Aplicador
3.-
Acolchado
4.-
Conexión de la válvula proporcional
5.-
Conexión de la válvula no proporcional
6.-
Tiras
7.-
Ordenador
8.-
Puerto USB
9.-
Tarjeta de adquisición de datos
10.-
Trigger
11.-
Cables de conexión con el sistema de válvulas
12.-
Salidas analógicas de la tarjeta de adquisición de datos
13.-
Conexiones digitales de la tarjeta de adquisición de datos
14.-
Válvula proporcional
15.-
Válvula no proporcional
Descripción de una realización preferida de la invención
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un estimulador neumático somatosensorial compatible con dispositivos de magnetoencefalografía (MEG), que incorpora un subsistema aplicador con un pistón de plástico (1) que se extiende y retrae por presión neumática dentro de un aplicador adaptable a diversos puntos de la anatomía (2), y recubierto por un acolchado (3), tal y como puede verse en la figura 1. Posee dos conexiones al sistema de válvulas, una conexión (4) con la válvula proporcional (14) y otra conexión (5) con la válvula no proporcional (15), tal y como puede verse en las figura 2 y 4, y así mismo presenta una serie de tiras (6) adhesivas tipo velcro® que permiten su sujeción firme al cuerpo. Esta presión neumática que desplaza el pistón, es suministrada por una bomba de aire comprimido que se comunica mediante un cable de material plástico con un filtro regulador, y desde este al sistema de válvulas, y que forman el subsistema mecánico del Sistema.
El subsistema de gestión consta de un ordenador portátil (7) soportando el software de control y el interfaz con el usuario. Este ordenador se conecta mediante uno de sus puertos USB (8) a una tarjeta de datos (9) que constituye el subsistema de control y que es la que realiza la sincronización con el trigger (10) de la MEG. A su vez, la tarjeta se comunica con el sistema de válvulas mediante un cable de longitud máxima 25 metros (11). La tarjeta de adquisición de datos, como la tarjeta DT9853-M, como medio de procesamiento de datos, es la encargada de convertir las señales generadas por el ordenador en el programa de control, involucradas en el funcionamiento del sistema de estimulación. La tarjeta posee 8 salidas analógicas (12) que pueden ser de tensión o de corriente, y que son las que generan las señales para controlar la válvula proporcional. En este caso las utilizamos en modo tensión. Además, dispone de 8 entradas y 8 salidas digitales (13). Una de las salidas digitales se utiliza para controlar la válvula no proporcional. Una de las entradas digitales es la que se utiliza para la sincronización con el trigger de la Magnetoencefalografía. Se puede implementar una interfaz gráfica soportada sobre lenguaje Matlab, que es el mismo que se utiliza para controlar la tarjeta DT9853-M.
Se sobreentiende que, si no alteran la esencia de la invención, tanto las variaciones en los materiales como la forma, el tamaño y la disposición de los elementos son susceptibles de cambios dentro de la caracterización del mismo.
Los términos utilizados durante la descripción y el sentido de la misma deberán ser considerados siempre de manera no limitativa.

Claims (14)

1. Sistema estimulador neumático somatosensorial de sincronización automática caracterizado por comprender cuatro subsistemas:
-
Un primer subsistema de gestión que comprende un ordenador portátil (7).
-
Un segundo subsistema de control que comprende una tarjeta de adquisición de datos (9) que sincroniza automáticamente las señales generadas por el ordenador (7) y la información recibida del trigger (10) del dispositivo de medición, estando comunicado con el sistema de válvulas del subsistema mecánico a través de al menos un cable de conexión (11),
-
Un tercer subsistema mecánico que comprende un sistema de al menos dos válvulas una proporcional (14) y otra no proporcional (15) que se conectan al subsistema aplicador,
-
Un cuarto subsistema aplacador, que comprende un soporte aplicador (2) con al menos dos conexiones (4, 5) a las válvulas del módulo mecánico que regulan el movimiento de extensión y retracción de un pistón (1),
todo ello configurado para ser compatible con dispositivos de medición por magnetoencefalografía y/o resonancia magnética que disponen de trigger.
2. Sistema estimulador neumático según reivindicación 1 caracterizado porque el ordenador del subsistema de gestión es un ordenador portátil (7) que alberga el software de control de la tarjeta de adquisición de datos (9) a la que está conectado.
3. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones 1-2 caracterizado porque el subsistema de control y de gestión están conectados a través de una conexión USB.
4. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la tarjeta de adquisición de datos (9) del subsistema de control posee al menos dos salidas analógicas que pueden ser de tensión o de corriente, y que son las que generan las señales para controlar las válvulas, tanto proporcional (14) como no proporcional
(15).
5. Sistema estimulador neumático según reivindicación 4 caracterizado porque la válvula proporcional está controlada por tensión lo que hace al sistema general más portable.
6. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la tarjeta de adquisición de datos dispone de al menos una entrada y al menos una salida digital, una de las cuales es la que se utiliza para la sincronización con el trigger de la Magnetoencefalografía.
7. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones 4-6 caracterizado porque la tarjeta de adquisición de datos dispone de 8 conexiones analógicas y 8 entradas y 8 salidas digitales.
8. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la tarjeta de adquisición de datos (9) del subsistema de control se comunica con las válvulas proporcional y no proporcional (14, 15) del subsistema mecánico mediante un cable (11) de longitud máxima de 25 metros.
9. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el subsistema mecánico comprende un compresor de aire conectado a un filtro regulador mediante un tubo.
10. Sistema estimulador neumático según reivindicación 7 caracterizado parque la presión máxima final a la salida del filtro es de 10 bares.
11. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el subsistema aplicador comprende un aplicador (2) fabricado de polímero semirígido no ferromagnético adaptable a cualquier parte de la anatomía humana.
12. Sistema estimulador neumático según reivindicaciones anteriores caracterizado porque el subsistema aplicador comprende unas tiras (6) adaptables de material no ferromagnético.
13. Procedimiento de estimulación neumática somatosensorial caracterizado por utilizar el sistema neumático según reivindicaciones 1-12 caracterizado porque comprende:
-
Una primera etapa de selección del modo de estimulación en el ordenador (7) del subsistema de gestión, quedando el sistema listo para su activación mediante la señal del trigger.
-
Una segunda etapa de sincronización automática en la tarjeta de adquisición de datos (6) del subsistema de control, de la estimulación producida por el pistón, con la señal detectada en la tarjeta recibida a través del trigger de la magnetoencefalografía.
-
Una tercera etapa de conversión de las señales generadas por el ordenador (7) en la tarjeta de adquisición de datos (9) del subsistema de control.
-
Una cuarta etapa de envío de la señal de la tarjeta de adquisición de datos (9) a las válvulas (14, 15) del subsistema mecánico, de manera que se genera la presión seleccionada.
-
Una quinta etapa de envío de la presión de las válvulas a las conexiones del subsistema aplicador (4, 5).
-
Una sexta etapa de extensión y retracción del pistón (1) del subsistema aplicador.
-
Una séptima etapa de medición, en los dispositivos de magnetoencefalografía o resonancia magnética, de la señal producida por el cerebro en respuesta a la estimulación producida.
14. Procedimiento de estimulación neumática somatosensorial según reivindicación 13 caracterizado porque en la primera etapa se selecciona un modo de entre los siguientes modos distintos de estimulación: Uno de fijación de una secuencia fija, otro de acotamiento de un umbral, dos modos de reproducción aleatoria de secuencias y un modo personalizado para caracterizar cada uno de los parámetros individuales.
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