ES2328205B1 - Metodo para obtener la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria en una bascula electronica pesa-personas. - Google Patents

Abstract

Método para obtener la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria en una báscula electrónica pesa-personas convencional, sin necesidad de otros sensores que los propios de la báscula para determinar el peso, sin necesidad de ejercer ningún tipo de acción sobre el usuario, y sin que éste tenga que hacer otra acción que colocarse de pie sobre la báscula. No es necesario ni descalzarse ni agarrarse a ningún elemento, y ni siquiera colocarse sobre la plataforma de la báscula de una forma determinada. La información se obtiene mediante el procesamiento electrónico de la señal de los sensores de paso (1) que lleva la báscula electrónica, separando de la señal de los sensores de peso (1) que lleva la báscula electrónica, separando de la señal de dichos sensores sus componentes de alta frecuencia con un filtro de paso alto (2), que luego son amplificadas con una ganancia muy elevada (3) y procesadas (5) para detectar la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria, mientras queun amplificador de pesada (4), cuya ganancia es muy inferior a la del amplificador (3), obtiene una señal proporcional al peso, que el procesador (5) puede memorizar (6), presentar (7) o comunicar (8), de forma conjunta o separada con la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria.

Description

Método para obtener la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria en una báscula electrónica pesa-personas.

Sector de la técnica

Instrumentación de medida y control.

Estado de la técnica

La participación de cada persona en el cuidado de su propia salud es esencial en una política sanitaria basada en la prevención, y también para reducir costes en las fases postoperatorias o en los cuidados necesarios en enfermedades crónicas. Una manera de fomentar dicha participación es mediante la prescripción de ejercicio físico, por ejemplo en casos de obesidad. Dicho ejercicio debe realizarse siempre dentro de unos límites de esfuerzo, determinados por la frecuencia cardiaca máxima recomendada. En el caso de pacientes con cardiopatías, la medición de la frecuencia cardiaca y del peso corporal puede revelar la existencia de acumulación de líquidos en el pulmón e insuficiencia cardiaca.

La medida de parámetros fisiológicos con intención de diagnóstico está reservada al personal médico cualificado. No obstante, hay varios instrumentos comerciales de uso simple que permiten informarse sobre algún parámetro importante (peso corporal, frecuencia cardiaca), para tener un conocimiento aproximado de la condición física y motivar para su mantenimiento y mejora. Las básculas pesa-personas, en sus versiones de baño y para uso en lugares públicos, cumplen las condiciones de simplicidad de uso, comodidad, fiabilidad, ausencia de riesgos para el usuario y bajo coste, necesarias para poder ser utilizadas de forma autónoma por un número muy grande de personas.

Por sus cualidades, las básculas pesa-personas han sido desde hace muchos años objeto de perfeccionamientos que permitieran obtener más información que el simple peso corporal. Ya en 1938 se propuso una báscula mecánica con un indicador de aguja (giratoria) para el peso y otro indicador combinado con el primero y soportado por un par de muelles helicoidales capaces de detectar los latidos y que hacían oscilar un disco que interrumpía un rayo de luz de modo que su proyección a través de un sistema óptico adecuado se hacía visible al observador (Patente US 2,141,246).

Más recientemente, se ha propuesto estimar la composición corporal del cuerpo mediante la medida de la impedancia eléctrica basal (patente US 6,370,425 B1),que exige la adición de dos o cuatro electrodos conductores a la plataforma de pesada convencional de la báscula, o en unas asas en básculas con columna. A través de estos electrodos se inyecta una pequeña corriente alterna y se miden diferencias de potencial a partir de las cuales se calculan los parámetros que permiten estimar el porcentaje de grasa y de agua en el cuerpo. Esta inyección de corrientes, aunque minúsculas, es contraindicada para personas con dispositivos electrónicos implantados y durante el embarazo.

La detección de parámetros cardiovasculares partiendo de la báscula como interfaz para el usuario se ha venido basando en la adición de nuevos sensores que permitieran reducir el tiempo de medida, pues se miden varios parámetros a la vez, y el coste, por cuanto en una báscula con tales adiciones hay varios elementos mecánicos y electrónicos comunes, aunque los sensores para cada magnitud sean distintos. Así, por ejemplo, se ha propuesto incorporar en básculas electrónicas sensores de frecuencia cardiaca, temperatura, presión sanguínea, gasto cardiaco, altura y composición corporal (patente WO98/13674), y también temperatura plantar, presión sanguínea (medida en el brazo), frecuencia cardiaca, glucosa en la sangre y oxígeno en la sangre (patente WO01/89367). Cuando, además del peso, sólo se desea conocer la frecuencia cardiaca, puede ser suficiente añadir un sensor de infrarrojos o un par de electrodos (patente US2006/0116589 A1). También se puede detectar el electrocardiograma (ECG) con los mismos electrodos empleados para medir la impedancia basal a partir de la cual se estima la composición corporal (patente US2007/0021815 A1). Una alternativa más simple para detectar la frecuencia cardiaca cuando se dispone de electrodos en la plataforma es detectar las pequeñas fluctuaciones que experimenta la impedancia basal medida entre los pies y que son debidas a la circulación de sangre por las piernas (propuesta de patente española P200502670).

El interés que tiene la información sobre el sistema cardiovascular, y la facilidad y comodidad de uso que tiene una báscula para la mayoría de las personas, ha motivado la propuesta de soluciones basadas en una plataforma mecánica, tal como una báscula. Una propuesta genérica (patente WO94/06348) es detectar las fluctuaciones del peso debidas a la fuerza que hace el corazón al impulsar la sangre, mediante un elemento transformador T, tal como un transductor de galgas extensiométricas, o un cristal o una cerámica piezoeléctrica que registre los movimientos del soporte (S) donde se coloca el sujeto. La señal detectada es después amplificada (A), para presentar el peso y procesarla más, obteniendo su derivada (D), generando pulsos (X) cada uno de los cuales corresponda a uno de los cambios rápidos de peso detectados, y obtener así información de la frecuencia cardiaca; también se propone integrar (I) la señal de salida del amplificador A para obtener el volumen de embolada. Para el transductor T, en dicha patente se comenta que puede ser interesante emplear varios transductores separados, de manera que uno de ellos detecte el peso de la persona y otro transductor distinto detecte los cambios en el peso. Esta solución sería una versión electrónica de la báscula mecánica de la patente US 2,141,246, donde hay dos detectores mecánicos: uno para el peso y otro más sensible que detecte los cambios de peso debidos al latido cardiaco. En la patente WO94/06348, también se considera preferible el uso de un transductor para el peso (galgas extensiométricas) y otro para las variaciones de peso (elemento piezoeléctrico), cuando la señal del transductor de peso es empleada para alterar la frecuencia de un oscilador y a partir de dicha frecuencia se deriva la indicación de peso.

El empleo de un solo transductor dispuesto en un elemento elástico que soporte la plataforma de la báscula, tal como se indica en la figura 3a de la patente WO94/06348, complementada con la figura 2 de la misma patente, tiene la dificultad de que las fluctuaciones del peso debidas al latido son tan minúsculas que, incluso después de amplificar la señal del transductor para obtener una indicación del peso, las variaciones de dicha señal debidas al latido son difícilmente perceptibles; además, el proceso de derivación matemática, que realza todas las componentes de alta frecuenta, incluidas las del ruido aportado por el amplificador, hace todavía más difícil la percepción de dichos cambios minúsculos de fuerza.

Por otra parte, es sabido que la respiración modula en mayor o menor grado la amplitud de todas las señales del sistema cardiovascular. Por lo tanto también debe afectar a las fluctuaciones del peso de una persona que esté sobre una báscula o una plataforma mecánica sujeta mediante soportes elásticos. La observación de estos cambios de amplitud en el ECG es prácticamente tan antigua como la electrocardiografía, pero no se conocen antecedentes sobre su observación en las fluctuaciones de peso debidas al latido cardiaco.

Descripción de la invención

La presente invención consiste en medir la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria de un sujeto situado sobre una báscula de baño electrónica, a partir de la señal que dan las células de carga u otro sensor o sensores electrónicos (1) dispuestos para medir el peso de la persona, mediante el filtrado paso alto (2) de la señal procedente de dichos sensores seguido de amplificación de alta ganancia (3) y posterior procesamiento electrónico (5) para almacenar (6), presentar (7) o comunicar (8) los resultados, de forma conjunta o separada, con independencia de la amplificación de la señal de pesada (4) (ver la figura 1).

La figura 2 muestra una posible realización del método de la figura 1. El procesamiento electrónico para obtener la frecuencia cardiaca puede ser un filtrado paso bajo (10) de la señal obtenida con el filtro paso alto (2) y amplificada (9), seguido de una segunda amplificación de menor ganancia (11) y comparación con un umbral de tensión que evolucione de forma proporcional al valor medio de la señal de salida de este segundo amplificador (11). Cuando la amplitud de la señal doblemente amplificada supera dicho umbral, se genera un pulso que corresponde a un latido.

Para obtener la frecuencia respiratoria a partir de las fluctuaciones de la amplitud de la señal de salida del segundo amplificador, se puede desmodular dicha señal de forma síncrona con el latido, empleando para ello los pulsos que produce el comparador de tensión, y filtrar paso bajo la salida del desmodulador.

La figura 3b muestra la señal obtenida con esta realización, junto con una señal de referencia (ECG, figura 3a) obtenida con medios adicionales, no incluidos en esta invención, con el propósito de ilustrar la coincidencia entre las fluctuaciones de fuerza detectadas y dicha señal de referencia. La figura 3c muestra el tren de pulsos obtenidos mediante la comparación de la señal de fluctuación de peso filtrada y el umbral de tensión. Las fluctuaciones de los picos de la figura 3b (también apreciables en la figura 3a), son debidas a la respiración.

La figura 4 (superior) muestra la señal obtenida al desmodular con los pulsos de la figura 3c, la señal 3b. La figura 4 (inferior) es una señal proporcional a la respiración obtenida a partir de los cambios de perímetro transversal del tórax al respirar, y se muestra sólo como referencia. Se puede ver la gran coincidencia que hay entre la señal obtenida a partir de la báscula y esta señal de referencia.

La aplicación del método descrito en la figura 2 de la patente WO94/06348, donde primero se amplifica la señal y después se somete a distintos algoritmos de procesamiento, no permite reconocer siquiera las fluctuaciones de fuerza a simple vista, en contraste con la señal que se muestra en la figura 3b y obtenida con el método descrito en esta invención. Esto es debido a que la señal que dan los sensores de la báscula como respuesta al peso del sujeto, es tan grande que la ganancia del amplificador (4) debe ser muy inferior a la ganancia del amplificador (3) empleado en el método propuesto en esta invención.

Descripción de las figuras

Figura 1: bloque 1 - corresponde al sensor electrónico que lleva la propia báscula para realizar la pesada; bloque
2 - es un filtro de paso alto que rechaza la señal que corresponde al peso y permite el paso de las fluctuaciones de peso; bloque 3 - es un amplificador de muy alta ganancia; bloque 4 - es el amplificador de pesada; bloque 5 - procesador electrónico de las señal de pesada y de la señal de fluctuaciones de peso; bloque 6 - memoria electrónica; bloque 7 - visualizador; bloque 8 - interfaz de comunicación.

Figura 2: bloque 1 - corresponde al sensor electrónico que lleva la propia báscula para efectuar la pesada; bloque 2 - filtro de paso alto con una frecuencia de corte de, por ejemplo, 0,1 Hz, que no deje pasar la señal relacionada con el peso, pero sí las fluctuaciones debidas al latido cardiaco; bloque 9 - amplificador de alta ganancia; bloque 10 - filtro de paso bajo, por ejemplo con frecuencia de corte de 10 Hz, para limitar el ruido; bloque 11 - amplificador de baja ganancia.

Figura 3: el eje horizontal corresponde al tiempo en segundos; a) Trazado del electrocadiograma que permite reconocer en b) las fluctuaciones de fuerza debidas al latido, que son detectadas por un circuito comparador de tensión para dar un impulso breve c) cada vez que se detecta un latido.

Figura 4: el eje horizontal corresponde al tiempo en segundos. Parte superior: señal proporcional a las fluctuaciones de amplitud de las variaciones de fuerza detectadas por el sensor electrónico de la báscula a cada latido. Parte inferior: variaciones del diámetro transversal del tórax obtenidas con un sensor que ofrece una señal de referencia para saber la frecuencia respiratoria.

Claims (9)

1. Método para medir la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria de una persona, caracterizado porque dichas frecuencias se obtienen a partir de las variaciones del peso de la persona situada sobre la plataforma de una báscula electrónica, detectadas mediante filtrado paso-alto, amplificación y posterior procesamiento electrónico de las señales que dan los propios sensores electrónicos incorporados en la báscula para realizar la pesada, cuyo procesamiento consiste en filtrado paso bajo y amplificación adicional para obtener una señal sincrónica con el latido.

2. Método para medir la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria, según la reivindicación 1, caracterizado porque se aplica una señal de alimentación continua al sensor o sensores propios de la báscula.

3. Método para medir la frecuencia cardiaca y la frecuencia respiratoria, según la reivindicación 1, caracterizado porque se aplica una señal de alimentación alterna al sensor o sensores propios de la báscula, y se utiliza desmodulación coherente tomando dicha señal alterna como referencia, después de haber filtrado paso alto y amplificado la señal de salida de dicho sensor o sensores de la báscula.

4. Método para medir la frecuencia cardiaca, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se obtiene el valor de la frecuencia cardiaca latido a latido.

5. Método para medir la frecuencia cardiaca, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque se obtiene el valor promedio de la frecuencia cardiaca durante un tiempo que se puede seleccionar.

6. Método para medir la frecuencia respiratoria, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha frecuencia se obtiene desmodulando de forma sincrónica con el latido, una señal proporcional a las fluctuaciones de peso.

7. Método para medir la frecuencia cardiaca, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque se obtiene el valor de la frecuencia cardiaca latido a latido.

8. Método para medir la frecuencia cardiaca, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque se obtiene el valor promedio de la frecuencia cardiaca durante un tiempo que se puede seleccionar.

9. Método para medir la frecuencia respiratoria, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque dicha frecuencia se obtiene desmodulando de forma sincrónica con el latido, una señal proporcional a las fluctuaciones de peso.