ES2674494B1 - Dispositivo y sistema de medicion de cantidad de liquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo - Google Patents

Description

DISPOSITIVO Y SISTEMA DE MEDICION DE CANTIDAD DE LIQUIDO

SECRETADO POR UN INDIVIDUO EN UN INTERVALO DE TIEMPO

D E S C R I P C I O N

OBJETO DE LA INVENCION

El objeto de la invention se enmarca en el campo de la tele-medicina.

Mas concretamente el objeto de la invention va orientado a la telemetrla y una implementation de la misma para poder realizar de forma remota una serie de tareas relacionadas con la medicion de fluidos secretados por pacientes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Uno de los aspectos mas importantes en la medicina actual reside en las actividades de monitorizacion y detection precoz de enfermedades de rinon. Se trata de actividades que generalmente requieren de la utilization de equipamiento medico de elevado coste y diflcil instalacion, siendo descartado en muchas ocasiones por el enfermo o por la entidad medica.

Durante la ultima decada, el avance que ha experimentado la electronica ha sido notable y uno de los aspectos con mayor impacto ha sido la creciente disminucion del tamano de los dispositivos finales asl como a la reduction de los costes de production. La disminucion en el tamano de los dispositivos ha dado pie a que surjan una gran variedad de sensores de bajo coste asl como sistemas de comunicacion que permiten proponer nuevas soluciones para resolver problemas que aparecen en la vida cotidiana de forma sencilla y economica. En este trabajo nos centramos en proporcionar una nueva solution tecnologica para los problemas renales afectan a un 10% de la poblacion mundial (Collins et al., 2011). En los Estados Unidos, cada ano, se les diagnostica insuficiencia renal (fallo renal) a mas de 100,000 personas (Pearle et al., 2005), una afeccion grave en la cual los rinones dejan de eliminar los desechos del cuerpo. Las muertes por enfermedad renal se han duplicado en los ultimos 20 anos, convirtiendose en una de las 10 primeras causas de muerte (Jha et al., 2013). Las enfermedades renales no tienen cura, son progresivas, silenciosas y no presentan ningun tipo de slntoma hasta etapas muy avanzadas ("OPS OMS,” 2015). Muchos palses carecen de recursos suficientes para adquirir el equipamiento necesario para diagnosticar en fases tempranas a las primeras sintomatologlas. Es de vital importancia disenar nuevas herramientas que permitan detectar cualquier anomalla renal en sus etapas iniciales, para proporcionar al enfermo un tratamiento que mejore su calidad de vida. En este sentido, las redes de sensores permiten obtener informacion detallada y masiva de los pacientes, que puede servir de base para herramientas de diagnostico y ayuda a la decision en el entorno medico.

Las redes de sensores inalambricas (WSN) (Sohraby et al., 2007) combinadas con la inteligencia ambiental (Ami) (Group and Group, 2005) permiten procesar y transmitir la informacion capturada por los diferentes sensores embebidos o externos, que monitorizan parametros flsicos del entorno de las personas. En los ultimos anos, las redes de sensores se han vuelto cada vez mas importantes y hoy en dla estan presentes en practicamente todos los sectores de nuestra sociedad. Su gran capacidad para adquirir datos y actuar sobre el entorno, permiten la construction de sistemas sensibles al contexto, pudiendo realizar un analisis detallado y flexible de los procesos que ocurren y los servicios que se pueden proporcionar a los usuarios. En la actualidad, no se conoce un sistema que permita monitorizar la diuresis (cantidad de orina producida en un tiempo determinado) y que presente algun tipo de inteligencia que sirva de apoyo a la toma de decisiones de profesional medico en el diagnostico. Estas necesidades, hacen imprescindible investigar acerca de sensores y mecanismos que permitan desarrollar soluciones para detectar anomallas en la diuresis de un individuo. Los sistemas multiagente resultan de gran interes, ya que incorporan tecnicas derivadas de la Inteligencia Artificial que ayudan a la resolucion de problemas imitando el razonamiento humano.

Este artlculo presenta un sistema multi-agente (MAS) (HORLING and LESSER, 2005) basado en organizaciones virtuales capaz de interconectar sensores con el objetivo final de ofrecer un servicio de monitorizacion en tiempo real de la diuresis. Ademas del sistema multiagente, en este trabajo se presenta el hardware inalambrico de bajo coste desarrollado para la realizacion de monitorizacion de la diuresis de los pacientes. La utilization de dispositivos limitados computacionalmente hace que PANGEA (Zato et al., 2013) sea la plataforma a utilizar, debido a que permite el despliegue de agentes embebidos en sensores de una forma sencilla, rapida y escalable. La comunicacion entre los diferentes componentes es flexible y ligera, de forma que se optimiza el consumo y se alarga la duracion de la baterla, ya que al tratarse de sensores autonomos y no estar conectados a la red electrica es importante racionalizar las horas de uso. El sistema multiagente monitoriza remotamente a pacientes de forma que se determina el volumen de orln que ha secretado el usuario durante un periodo de tiempo especlfico, pudiendo determinar patologlas tales como la poliuria, anuria y oliguria. Ademas, el sistema permite analizar automaticamente los datos sensorizados determinando las diferentes patologlas de los pacientes.

La red de sensores inalambrica y los componentes hardware que constituyen el caso de estudio, son de dimensiones reducidas, de forma que se facilita la movilidad de los pacientes, ya que en numerosas ocasiones necesitan realizar trayectos o paseos en un hospital portando una bolsa durante varios dlas.

La medicion de la orina secretada es uno de los indicadores mas utilizados por los profesionales medicos a la hora de realizar un seguimiento en determinadas enfermedades renales (Kidney Disease of Diabetes, 2014). Actualmente las mediciones se realizan de forma manual por personal sanitario, siendo necesario el desplazamiento in situ a la habitation del propio paciente, requiriendo de una persona que introduzca cada dla la information de cada uno de los pacientes en un software.

En la actualidad existen distintas soluciones tecnologicas como UniMiter de la empresa Unomedical (“Unomedical,” 2015) o como el Kendall 2000 Curity Precision 400 ml Urine Meter (“Medline Industries, Inc.,” 2015) de la empresa norteamericana South Kendall medical svcs. Estos dispositivos se componen de una bolsa con un doble compartimento de tal forma que a traves de una regla impresa sobre la propia bolsa, el profesional medico puede obtener la medicion del nivel de fluido en su interior. Este sistema es manual, requiere de la participation de un profesional medico durante el proceso de lectura, y se trata de un sistema muy utilizado en la mayorla de hospitales del mundo. Este tipo de dispositivos, caracterizados por un bajo coste, no disponen de ningun sensor electronico u dispositivo de medicion, siendo la forma de obtener la medida un proceso manual. Ademas, al estar en contacto directo con la orina, el dispositivo no puede ser reutilizado en otros pacientes y ha de ser desechado cada 4-6 dlas por los profesiones sanitarios.

Un dispositivo mas novedoso es el Urinfo 2000 ("FlowSense - Trendlines,” 2013) de la empresa Israelf Flows ense fundada en el ano 2009 y adquirida en el ano 2013 por la multinacional medica Baxter ("Baxter Inc.,” 2015). Este dispositivo canaliza la orina del paciente hasta una pequena valvula que transforma el Kquido en un sistema de goteo uniforme y posteriormente convierte las gotas generadas en mediciones exactas a traves de un sistema de conteo optico por goteo. Este sistema ofrece una medicion precisa y de facil lectura ya que incorpora un pequeno display. Ademas, dispone de un pequeno recipiente donde se situa el contador optico de gotas y el sistema de recogida de la orina que esta basado en un sistema de bolsas desechables. El sistema optico hace uso de tecnologia basada en luz infrarroja para proporcionar un sistema de medicion automatico y permite el calculo fiable de la cantidad de orina secretada por un paciente con un error medio de 5 ml. En el trabajo (Hersch et al., 2009) los autores realizan un estudio comparativo utilizando un prototipo del dispositivo basado en tecnologia infrarroja como se muestra en la Figure 1 comparando sus mediciones y resultados con otros dispositivos analogicos. El estudio se basa en la utilizacion de una secuencia de mediciones de orina segregada por varios pacientes durante periodos de 6 a 9 horas. Se realizaron medidas de forma manual utilizando dispositivos analogicos como el UniMiter descrito anteriormente y mediciones automaticas utilizando el dispositivo Urinfo 2000. El volumen de orina medido por ambos dispositivos fue validado manualmente por un tecnico de laboratorio haciendo uso de un cilindro de medicion con una precision de ±1 ml a modo de referencia. Tras un total de 453 mediciones, 167 de ellas realizadas a traves del dispositivo analogico y 286 realizadas por el dispositivo automatico, el porcentaje de desviacion media para las mediciones realizadas con el segundo fue del 8% mientras que para las realizadas por el primer dispositivo, se elevo hasta el 26%. Como conclusion, el trabajo destaca, que la utilization de un sistema digital, facilita la labor del profesional medico, incrementando notablemente la precision en la toma de datos. El principal problema que tiene este dispositivo es su elevado coste ya que el sistema optico de conteo es un elemento hardware con un precio elevado y limita su utilizacion en centros medicos u hospitales con presupuestos cada vez mas limitados. Otro problema del que adolece este dispositivo es su falta de conectividad con el centro de datos medicos. En el ano 2015, la empresa china million ("Meilen Henan Medical Electronics Co., Ltd.,” 2014) lanzo al mercado un dispositivo que al igual que los dispositivos automaticos descritos anteriormente, utiliza un sistema de conteo por goteo para obtener una medicion de la cantidad de llquido almacenado en su deposito.

Este dispositivo llamado Urine meter MU1200 ("Urine meter MU1200,” 2014) ha conseguido reducir el coste de este tipo de productos, pero sigue siendo poco practico para la monitorizacion en tiempo real de flujo de orina excretada ya que tampoco esta equipado con una conexion externa y no permite su telemonitorizacion.

En la actualidad, existen pocos trabajos de investigation centrados en sistemas de medicion de orina. Se puede destacar los trabajos realizados por (Otero et al., 2010 y Otero et al., 2012) en los que se presenta un dispositivo que proporciona mediciones continuas a traves de dos sensores capacitivos que toman mediciones constantes de la altura de la columna de llquido acumulado en las dos camaras de un contenedor de llquidos. La orina entra en el recipiente a traves de la primera camara, que tiene un volumen pequeno. Una vez que se haya llenado, se desborda en una segunda camara mas grande. La primera camara proporciona medidas precisas de la orina excretada, mientras que el segundo evita la necesidad de intervenciones frecuentes por parte del personal de enfermerla para vaciar el contenedor. Las medidas se envlan a traves de tecnologla de conexion Bluetooth a un programa Java que se ejecuta en un ordenador, el cual se encarga de calcular la cantidad de orina a partir de esta information y supervisa la consecucion de los objetivos terapeuticos. El error en las mediciones que han estimado los autores es de un 2% frente al error medio cometido por las enfermeras al realizar las mediciones de manera manual. El sensor envla al ordenador los datos cada hora, por lo que el sistema no es capaz de realizar una monitorizacion en tiempo real. Ademas, al utilizar tecnologlas de comunicacion inalambrica Bluetooth que dependen de la existencia de un ordenador cercano, se complica y se encarece la implantation del sistema. Aunque esta solution tiene un coste final inferior a las soluciones descritas anteriormente, sigue siendo un coste alto para su implantacion masiva en centros hospitalarios. Los autores han estimado unos 400$ aproximadamente por cada uno de los dispositivos lo que en la practica imposibilita su acceso por parte de la gran mayorla de instituciones medicas.

El dispositivo descrito en el presente artlculo busca automatizar las tareas de medicion y supervision de los resultados de orina excretada por un paciente. Al mismo tiempo, el dispositivo busca proporcionar informacion sobre el estado del paciente a traves de la monitorizacion de estos datos y de su analisis en tiempo real gracias a la plataforma multi-agente PANGEA la cual permite el despliegue de agentes embebidos en dispositivos de reducido tamano de forma sencilla. Esto supone una mejora considerable en la recogida y analisis de los datos de un paciente respecto a las tecnologlas utilizadas hasta el momento. El coste de la solution para las instituciones que proporcionan servicios de salud es significativamente mas bajo respecto a todos los dispositivos descritos en este apartado. Es una solucion no invasiva y capaz de funcionar con cualquier tipo de bolsa contenedora con independencia del fabricante o tamano de la misma lo que lo convierte en una solucion universal.

Si revisamos los sistemas de medicion actuales, podemos encontrar las celulas de carga como elemento principal. Una celula de carga es un elemento flsico que puede traducir la presion que ejerce un elemento en una senal electrica (SOLE, 2012). Los tipos de celulas de carga mas conocidos son (AL-MUTLAQ, 2015):

• Celulas de carga hidraulicas: Tienen una disposition de piston o cilindro, cuando se aplica una fuerza, se ejerce un movimiento en el piston, produciendo un cambio en la presion del tubo de Bourdon que se encuentra conectado a la celula de carga.

• Celulas de carga neumaticos: se basan en la utilization de un piston sobre el que se apoya la carga, ejerciendo una presion. En funcion de la carga, se obtiene un valor mayor o menor en el manometro, pudiendo determinar la magnitud de la carga aplicada al piston.

Actualmente las mediciones se realizan de forma manual por personal sanitario, siendo necesario el desplazamiento in si-tu a la habitation del propio paciente, requiriendo de una persona que introduzca cada dla la information de cada uno de los pacientes en un software, este proceso es algo tedioso y se desperdicia un tiempo que puede emplearse en otras tareas. Los familiares han destacado, que les parece muy atractivo el sistema, ya que si la bolsa de orina supera un llmite, emite una alarma automatica a la enfermera. Ademas en caso de pacientes dependientes, no necesitan de un cuidador que este continuamente comprobando el estado de la bolsa.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Se propone una solution basada en un dispositivo que permite la implementation de un dispositivo y de un sistema de medicion remota de la cantidad de llquido que secreta una persona en un intervalo de tiempo concreto mediante la utilization de un sistema multiagente combinado con una red de sensores inalambrica que permite medir de forma remota la cantidad de llquido que secreta una persona en un intervalo de tiempo concreto. El uso de una arquitectura multi-agente, permite un despliegue rapido y sencillo de agentes ligeros en dispositivos limitados computacionalmente; teniendo ademas el dispositivo de la invention diferentes componentes hardware que destacan por su bajo coste, siendo un sistema valido para la mayorla de usuarios o instituciones medicas que deseen utilizarlo.

El dispositivo y sistema propuestos, correspondientes a un primer y un segundo aspecto de esta invencion, pueden adecuarse a la perfection a otras aplicaciones como son los sistemas de goteros que suministran suero y medicamentos a los pacientes ingresados en un centro medico a traves de una via intravenosa. Estos llquidos se encuentran contenidos en bolsas similares a las utilizadas para recolectar la orina excretada, por lo que podemos utilizar el dispositivo de la invencion para medir su nivel. Medir la cantidad de llquido contenido en un gotero puede facilitar la labor del personal sanitario ya que podrlan conocer cuan es necesario reponer una bolsa.

El dispositivo objeto de la invencion permite proporcionar una solucion en entornos medicos que permita garantizar la utilizacion de recursos limitados (microcontroladores sin alta capacidad computacional), topologlas dinamicas e hlbridas, calidad del servicio, redundancia de datos, despliegues a gran escala y seguridad, solucionando las carencias de los sistemas observados en el estado del arte. Otro de los objetivos es la capacidad de adaptation dinamica a los cambios de contexto que se producen en el entorno medico, y a las necesidades particulares de cada individuo. Conseguir estos objetivos requiere de la utilizacion de inteligencia artificial distribuida, as! como de aspectos organizacionales que permitan dotar al sistema de capacidades similares a las de las sociedades humanas. Las arquitecturas multi-agente existentes en la actualidad no tienen en cuenta aspectos de adaptacion o de organization, sobre todo en el campo de la movilidad. Por ello, en nuestro trabajo se propone la utilizacion de un sistema multi agente abierto como PANGEA (Zato et al., 2013), que permite que los componentes del sistema pueden adherirse o abandonar la plataforma de forma dinamica, pudiendo formar parte de la arquitectura en cualquier momento, atendiendo asl las demandas puntuales del sistema. Se puede resaltar que los sistemas multi-agente de tipo abierto, son una solucion relativamente nueva, que permiten la entrada y salida de entidades autonomas. El sistema multi-agente debe ofrecer servicios bajo demanda y, en consecuencia, en terminos de entidades, los agentes que integran la plataforma son los responsables de informar acerca de los servicios que pueden ofrecer al resto de las entidades de la arquitectura.

El dispositivo de la invencion presenta un hardware que utiliza un celula de carga de tipo Gauge Load, cuyo funcionamiento principal, se basa en la existencia de un elemento que detecta la fuerza que esta siendo aplicada a la celula en funcion de la deformacion de un elemento, que suele ser una estructura, como puede ser una rejilla, formada por hilos de cobre o aluminio. Tal y como se indica, el dispositivo de la invencion permite, a traves de la celula de carga, medir la resistencia electrica como respuesta a una fuerza que se aplica al dispositivo. Generalmente el elemento que mide esa resistencia tambien conocido como medidor de deformacion, se compone de un alambre muy fino generalmente fabricado con un material de cobre o aluminio. Este elemento medidor se basa en un diseno de rejilla de forma que cuando se aplica una presion sobre este elemento, se produce un cambio lineal en la resistencia. Las resistencias empleadas en los medidores de deformacion suelen ser 120Q, 350Q, y 1,000Q. Las resistencias empleadas en cada una de las celulas de carga tienes una sensibilidad diferente la tension, variable denominada "factor de galga”, que generalmente en los medidores de deformacion de tipo metalico que se usan habitualmente en la mayorla de dispositivos, esta proxima a 2.

Sin embargo, experimentalmente se ha podido comprobar que las deformaciones que se producen en un medidor de deformacion son relativamente pequenas, de aproximadamente unos pocos millistrain {e ■ 10_3) . Por ejemplo si aplicasemos una fuerza de 500me, la celula de carga que tiene un factor de galga de aproximadamente 2 tendrla una resistencia electrica de:

2 * (500x10 - 6) = 0.1

Esa resistencia electrica que nos da una magnitud de la fuerza que se esta ejerciendo sobre el dispositivo, es muy pequena, de forma que la mayorla de los dispositivos electronicos que utilizarlamos para medir digitalmente el valor obtenido no serlan aptos, ya que al ser tan pequena no detectarlan con precision el valor real. Por ello, se puede hacer necesaria a utilization de un dispositivo electronico que sea capaz de medir con precision los valores y cambios que se producen en la resistencia electrica y convertir esa unidad en algo que podamos medir con una unidad de masa (g). Para ello se va a utilizar un modulo amplificador denominado HX711 cuyo funcionamiento se basa en la utilizacion de una pluralidad de resistencias, preferentemente cuatro con una tension conocida formando el "Puente de Wheaststone” (Takagishi, 1980) donde siendo Vin una tension que es constante y conocida y la Vout resultante se mide de la siguiente manera:

R1/R2 = R3/R4-

Donde: Vin e Vout es el voltaje de entrada y salida, R1, R2, R3, R4 son la resistencia. Deduciendo que es Vout es 0, sin embargo si hay una variation en una de las resistencias, el Vout se vera afectado, rigiendose por la siguiente ecuacion (Ley de Ohm):

Vout = [(R3/(R3 R4) - R2/(R1 R2))] * Vin

Si sustituimos una de las resistencias en el puente de Wheaststone podemos medir facilmente el valor resultante en Vout y obtener la fuerza aplicada a la celula de carga.

A nivel electronico, el modulo amplificador debe usar cinco pines, cuyos colores son rojo, negro, blanco, verde y amarillo. Los colores son tlpicos de las celulas de carga, cuyas funciones son: rojo, negro, verde y blanco se conectan al medidor de deformation, la celula de carga, en forma de puente de Wheatstone y el cable amarillo, es un cable opcional, que evitar cualquier interferencia electromagnetica siendo conectado a tierra.

Para detectar ciertas enfermedades, es necesario conocer la cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo; para ello, se ha disenado un sensor capaz de medir el llquido secretado por un individuo y retransmitir esa information a un ordenador central, el sensor es movil de modo que puede ser portado por el paciente o aplicado a personas incapacitadas. Debido a la presencia de tecnologla Wi-Fi en la mayoria de entornos hospitalarios y residencias publicas, se ha optado por la utilization de hardware que soporte estandares 802.11 de forma que su implantation sea sencilla, barata y rapida.

La utilizacion de una arquitectura multi-agente como elemento central para interconectar los diferentes componentes de la plataforma, permite una eficiencia mayor en cuanto a comunicacion se refiere, aumentando considerablemente la duration de la baterla del sensor que porta el paciente ya que permite interconectar dispositivos mediante el protocolo MQTT.

PANGEA resulta util para realizar conexiones con dispositivos donde se requiere una simplicidad en el desarrollo de codigo y donde el ancho de banda es un recurso limitado; la utilizacion de un protocolo como MQTT, se justifica en tanto en cuanto a la eficiencia que presenta en el consumo de baterla y al numero de mensajes por hora.

Esto nos permite definir el sistema del segundo aspecto de la invention, relacionado con un sistema de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo r que comprende una pluralidad de dispositivos como el del primer aspecto de la invencion, estando estos interconectados mediante Wi-Fi a un ordenador central generando una plataforma, donde una conexion entre aplicativos embebidos y la plataforma se realiza mediante Wi-Fi, donde nodos remotos tienen pre-configuradas las credenciales de acceso a la red WiFi, y estan adaptados para enviar datos medidos por la celula de carga cada cierto intervalo de tiempo; aproximadamente cada 300 segundos.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra un diagrama electronico del dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo donde se aprecian los distintos componentes del mismo.

Figura 2.- Muestra una grafica de comparacion entre los valores historicos de orina excretada durante 24 horas por un usuario sano que no presentaba ningun problema renal y los mismos valores registrado por uno de los pacientes que probaron el sistema piloto, en concreto el paciente situado en la habitation numero 12.

Figura 3.- Muestra una grafica donde se aprecia el resultado del analisis de los datos obtenidos durante 24 horas para el paciente ubicado en la habitacion numero dos (color verde). Dichos datos fueron comparados con los datos del paciente sano de referencia (color rojo). En este caso, el estudio determino que la diuresis del usuario durante un dla habla sido de 370 ml en total. Este nivel de orina excretada se encuentra dentro de la franja de valores correspondientes a la patologla renal oliguria. Los valores entre los que se encuentra esta franja son 100 ml y 500 ml, por lo que el profesional medico pudo determinar que el paciente padecla esta dolencia.

Figura 4.- Muestra una grafica donde se aprecia que el paciente de la habitacion numero 7 habla secretado mas de 73% de la orina total de ese dla, durante la noche. Este dato fue clave para el profesional medico a cargo del paciente

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

En un primer aspecto de la invention se tiene un dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo como el que se aprecia en el diagrama de la figura 1, el cual comprende interconectados entre si:

- Al menos un procesador (4).

- Una memoria (5) de datos, preferentemente tipo flash.

- Un modulo de comunicaciones inalambricas (3).

- Una celula de carga (1) destinada a detectar la fuerza, mediante niveles de tension, que esta siendo aplicada en funcion de la deformation de un elemento; preferentemente es una celula de carga (1) de tipo Strain Gauge ( galga extensiometrica o extensometro), cuyo rango de carga es de 0Kg-50Kg con una salida nominal: 1,0 ± 0.15mV / V.

- Un amplificador (2) destinado a convertir niveles de tension medibles en la celula de carga (1) a datos digitales; dicho amplificador (2) tiene como funcion principal convertir los niveles de tension medidos (variaciones en resistencia electrica) en la celula de carga (1), a datos digitales. La comunicacion entre este amplificador (2) y el microcontrolador (MCU) se realiza mediante la interfaz de comunicacion TTL 232. Su voltaje operacional es de 2.6V a 5.5V con un consumo en funcionamiento inferior a 10mA.

En una realization preferente del dispositivo de la invention se tiene el al menos un procesador (4), la memoria (5) de datos, preferentemente tipo flash, y el modulo de comunicaciones inalambricas (3), definidos en un microcontrolador - WiFi que se ocupa de la captura de los datos de la celula de carga (1) y el posterior envio a un servidor central, haciendo uso del protocolo MQTT. Las caracterlsticas tecnicas principales de este microcontrolador son: Se trata de un sistema en chip (SoC) con funcion de conexion Wi-Fi y fabricado por la empresa Espressif. Esta basado en una arquitectura de 32 bits y su procesador (4) funciona hasta 180Mhz con una memoria (5) flash SPI Winbond W25Q40BVNIG de 512 Kbytes. Presenta un voltaje operacional de 3.3V y tiene 16GPIO, i2C,UART,ADC. Lo mas atractivo de este hardware es su bajo consumo, pudiendo ser utilizado en el diseno de servicios finales a usuarios donde los sensores deben ser autonomos.

Asimismo el dispositivo de la invencion se complementa con un modulo gestor de baterlas para el mantenimiento y carga baterlas que pueden ser tipo LiPo. Las enfermeras o encargados del mantenimiento del sistema, podran recargar las baterlas del dispositivo final de forma sencilla. Este modulo gestor de baterlas para el mantenimiento y carga baterlas tiene la caracterlstica de apagado automatico, de forma que cuando se completa la carga se desconecta y se apaga un led, indicando que el proceso ha finalizado. La corriente de carga es de aproximadamente 15mA a 500mA.

Adicionalmente el dispositivo de la invencion puede presentar un regulador de tension dado que el dispositivo puede contar con una baterla de 650mAh y un voltaje de 3.7 y teniendo en cuanta que la celula de carga (1) y el microcontrolador tienen un voltaje operacional de 3.3V, se puede hacer necesario reducir la tension.

Posteriormente en base a las caracterlsticas de la baterla y el consumo se procedio a analizar el tiempo de uso del dispositivo de la invencion. Para realizar el calculo, se realizaron mediciones del consumo de baterla tanto en modo activo como en modo dormido. En modo activo o de envlo de datos, presenta con un consumo de 80mA mientras que el modo inactivo o dormido es de 20pA. El tiempo empleado para realizar el envlo de la trama de datos en modo activo es de 2 segundos. Tras un estudio de los datos obtenidos, la medida final utilizada fue de 300s (5 minutos) ya que los niveles de orina no varla significativamente en un intervalo de tiempo inferior a este y ademas, proporciona una autonomla cercana a los 2 meses lo cual supone un tiempo suficiente para la realizacion de la gran mayorla de estudios cllnicos derivados de las principales afecciones renales. La baterla es sencilla de reemplazar y se puede realizar esta operacion simultaneamente con el mantenimiento de la bolsa de orina.

La conexion entre los aplicativos embebidos y la plataforma disenada se realiza mediante Wi-Fi, debido a que se encuentra desplegada en la mayoria de centros medicos y facilita la implantation de redes de sensores inalambricas como el descrito en este trabajo. Los nodos remotos tienen pre-configuradas las credenciales de acceso a la red WiFi del edificio, enviando los datos medidos por la celula de carga (1) cada 300 segundos, pudiendo ser este tiempo modificado en funcion de las necesidades del paciente.

En una posible realizacion del objeto de la invencion se tiene un escenario establecido para detectar anomalias en funcion de la cantidad de liquido excretado por la uretra de un individuo. Se define la diuresis, como la cantidad de orina producida en un tiempo determinado, dato importante en el entorno medico para la realizacion de un diagnostico preciso sobre un paciente. El volumen de orina promedio en un individuo sano durante 24 horas se muestra en la siguiente tabla:

Ademas, emplricamente se verifica que el volumen de orina producido por un nino o adulto sano durante el periodo nocturno debe ser la mitad del formado durante el dla.

En el ambito de la medicina, es muy importante detectar las anomallas o alteraciones producidas en la diuresis para detectar una posible enfermedad renal, por ello, es de vital importancia investigar acerca de soluciones tecnologicas que permitan monitorizar de forma remota la cantidad de llquido expulsado por un paciente en un determinado tiempo. Las alteraciones mas importantes en la produccion de orina, atendiendo a la cantidad de orina secretada en un periodo de tiempo concreto, son las siguientes:

La fuerza con la que es atraldo un cuerpo en la tierra se denomina peso, y viene reflejado por la expresion P = m* g , donde m es la masa y g es la aceleracion debida a la gravedad. La masa de un cuerpo es constante, sin embargo la aceleracion de la gravedad variara en funcion del lugar en el que se encuentre dicho objeto, ya que la altura sera diferente para cada uno de los puntos geograficos donde se realice la medicion. Por este motivo, es necesario realizar un calibrado inicial, con un peso patron conocido. Tras este calibrado inicial del sistema, se obtiene un factor de correction que servira para obtener la medida precisa calculada por el sensor. El sensor, devuelve porcentaje en funcion del volumen medido, esta magnitud permite calcular el porcentaje de llenado de la bolsa para realizar tareas de mantenimiento ya que superado un determinado umbral, se debe proceder al reemplazamiento de la bolsa. Para obtener los ml de orln contenidos en la bolsa, se realiza una sencilla extrapolation del dato. En nuestro caso de estudio, utilizamos una bolsa de 2000 ml de capacidad maxima, teniendo en cuenta que la relation entre ml de orina y peso viene dada por un factor de [1.015,1.020] se toma el valor medio. Partiendo de esta relacion, se extrapola a ml de orln.

El escenario para la realization de pruebas, ha sido un hospital donde 5 pacientes y de forma voluntaria han querido probar el sistema propuesto. Las habitaciones de los pacientes se encontraban ubicadas en la misma planta un mismo edificio que disponla de conexion WiFi, no siendo necesaria la instalacion de ningun tipo de hardware adicional para asegurar una conectividad remota. El sistema es capaz de monitorizar a pacientes situados en diferentes plantas e incluso en diferentes edificios.

Durante las pruebas llevadas a cabo en el presente ejemplo de realizacion, se realizo una comparacion entre los valores historicos de orina excretada durante 24 horas por un usuario sano que no presentaba ningun problema renal y los mismos valores registrado por uno de los pacientes que probaron el sistema piloto, en concreto el paciente situado en la habitation numero 12. Como se puede observar en la Figura 2, los valores de orina excretada del usuario sano (linea inferior) durante un periodo de 24 horas no superan en ningun caso los 1500 ml, este valor como se ha comentado en apartados anteriores serla el limite de orina que un usuario sano excreta al cabo del dia. Por el contrario, los niveles del paciente (en color verde) son muy superiores al primer usuario, superando el nivel maximo de 1500 ml antes de las 16:00 de la tarde. El dispositivo de medicion registro un nivel total para este usuario al final del dia de mas de 3500 ml de orln. En este caso, el sistema determino que el paciente padetia poliuria ya que supero el limite de 2500 ml/ 24 horas que se considera el valor minimo para diagnosticar esta patologia. Gracias a estos datos obtenidos por el sistema, el equipo medico realizo pruebas mas exhaustivas que confirmaron la dolencia.

Adicionalmente, han sido comparados los datos del mismo usuario sano que para el caso anterior con los datos del paciente localizado en la habitacion numero 4. En la Figure 16 se puede observar como en este caso el paciente objeto del estudio (color verde) ha registrado unos valores muy similares a los registrados por el usuario sano (color rojo). En este caso no fue posible determinar si el paciente sufrla algun tipo de dolencia renal unicamente con esta prueba.

La figura 3 muestra el resultado del analisis de los datos obtenidos durante 24 horas para el paciente ubicado en la habitacion numero dos (color verde). Dichos datos fueron comparados con los datos del paciente sano de referencia (color rojo). En este caso, el estudio determino que la diuresis del usuario durante un dla habla sido de 370 ml en total. Este nivel de orina excretada se encuentra dentro de la franja de valores correspondientes a la patologla renal oliguria. Los valores entre los que se encuentra esta franja son 100 ml y 500 ml, por lo que el profesional medico pudo determinar que el paciente padecla esta dolencia y procedio a realizar pruebas medicas complementarias que confirmaron el primer diagnostico dado por el sistema.

Otro de los estudios realizados en el transcurso del presente caso de estudio, sirvio para determinar que el paciente ingresado en la habitacion numero 7, padecla de nicturia; esta dolencia se caracteriza por los altos niveles de orina excretada por el paciente en las horas de sueno. Como se puede observar en la figura 4, el paciente habla secretado mas de 73% de la orina total de ese dla, durante la noche. Este dato fue clave para el profesional medico a cargo del paciente, el cual confirmo la dolencia realizando pruebas auxiliares. Hay que destacar que durante los dlas sucesivos, los niveles de orina excretada por este paciente en el periodo nocturno, fueron muy similares al os mostrados en la figura 4, lo que constato la dolencia del paciente

Claims (8)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Dispositivo de medicion de cantidad de ilquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo, que comprende interconectados entre si:

- un microcontrolador que a su vez comprende:

- una memoria (5) de datos,

- un modulo de comunicaciones inalambricas (3), y

- un procesador (4),

- una celula de carga (1) que es una galga extensiometrica que a su vez comprende un elemento deformable para detectar la fuerza que esta siendo aplicada sobre dicha celula de carga (1) en funcion de la deformation de dicho elemento deformable, y

- un amplificador (2) conectado a la celula de carga (1) y al microcontrolador,

caracterizado porque el amplificador (2) comprende a su vez una pluralidad de resistencias con una tension conocida y esta conectado a la celula de carga (1) en forma de puente de Wheatstone.

2. Dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo segun reivindicacion 1 caracterizado porque el elemento a deformar de la celula de carga (1) comprende una estructura formada por hilos metalicos.

3. Dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo segun reivindicacion 2 caracterizado porque los hilos metalicos son de cobre o aluminio.

4. Dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo segun reivindicacion 2 o 3 caracterizado porque la estructura es una rejilla.

5. Dispositivo de medicion de cantidad de llquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionalmente comprende:

- una baterla con voltaje de 3.7V, y

- un regulador de tension destinado a adecuar la tension de la baterla a un voltaje operacional de 3.3V de la celula de carga (1) y el microcontrolador.

6. Dispositivo de medicion de cantidad de ilquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo segun una cuaiquiera de ias reivindicaciones anteriores caracterizado porque adicionaimente comprende un modulo gestor de baterlas para el mantenimiento y carga de baterlas.

7. Sistema de medicion de cantidad de ilquido secretado por un individuo en un intervalo de tiempo caracterizado porque comprende una piuraiidad de dispositivos como el descrito en una cuaiquiera de ias reivindicaciones 1 a 6, interconectados mediante Wi-Fi a un ordenador central generando una piataforma, donde una conexion entre apiicativos embebidos y la piataforma se reaiiza mediante Wi-Fi, donde nodos remotos tienen pre-configuradas ias credenciaies de acceso a la red WiFi, y estan adaptados para enviar datos medidos por la celula de carga (1).

8. Sistema de medicion de cantidad de ilquido secretado por un individuo en un intervaio de tiempo segun reivindicacion 7 donde ios nodos remotos encuentran adaptados para el envlo de datos medidos por la celula de carga (1) cada 300 segundos.