ES2822555T3

ES2822555T3 - Dispositivo para la medición no invasiva de la glucemia

Info

Publication number: ES2822555T3
Application number: ES15798174T
Authority: ES
Inventors: Zoran Arko; Tadej Tofant
Original assignee: Dia Vit Ltd
Current assignee: Dia Vit Ltd
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2035-10-05
Also published as: CA2995809C; WO2017060746A1; EA034599B9; BR112018003528B1; EP3359038B1; US10278622B2; BR112018003528A2; JP6549315B2; PL3359038T3; CA2995809A1; CN108135540B; SI3359038T1; JP2018530373A; US20180317821A1; HRP20201563T1; CN108135540A; DK3359038T3; HK1249388A1; AU2015411427B2; KR101964025B1

Abstract

Un dispositivo para la medición no invasiva de la glucemia en mamíferos, preferentemente en humanos, mediante la medición de la radiación electromagnética que se refleja en la piel y/o el tejido, en donde el dispositivo incluye: - una fuente de luz azul con una longitud de onda de 430 nm a 480 nm; - una fuente de radiación infrarroja (IR) con una longitud de onda de 700 nm a 3000 nm; - una unidad de sensor para medir una luz azul y una radiación infrarroja reflejada en la piel y/o el tejido y convertirlas en un cambio de resistencia o corriente o tensión eléctrica; - un conjunto de filtrado de frecuencia para el filtrado de señal, que consiste en uno o más filtros de frecuencia analógicos y/o digitales con los que se filtran todas las frecuencias de señal, excepto una determinada banda de frecuencia que se sitúa alrededor e incluye una frecuencia de una pulsación de luz azul FB, al medir la luz azul y una banda de frecuencia determinada que se sitúa alrededor e incluye una frecuencia de pulsación de radiación infrarroja FIR, al medir la radiación infrarroja; y - una unidad de procesamiento con una memoria para el programa y una memoria para el almacenamiento y procesamiento de los resultados de la medición que: a) controla la excitación de la fuente de luz azul con la frecuencia de pulsación FB y un intervalo de tiempo de excitación TB, donde FB se selecciona del intervalo entre 100 kHz y 300 kHz, y TB se selecciona del intervalo entre 1 segundo y 10 segundos; b) controla la excitación de la fuente de radiación infrarroja con la frecuencia de pulsación FIR y un intervalo de tiempo de excitación TIR, donde FIR se selecciona del intervalo entre 1 kHz y 50 kHz y TIR se selecciona del intervalo entre 1 segundo y 10 segundos; c) controla el filtrado del conjunto de filtrado de frecuencia; d) a partir de intervalos de medición individuales para la luz azul y por separado para la radiación infrarroja, registra los valores de señal buscados de la señal filtrada, y e) a partir de los valores de señal buscados, calcula la glucemia utilizando un algoritmo matemático preestablecido.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para la medición no invasiva de la glucemia

El objeto de la invención es un dispositivo que permite medir la glucemia en mamíferos (principalmente humanos) midiendo la refracción de la radiación electromagnética de la piel o del tejido corporal, sin necesidad de una obtención de muestra invasiva, como penetrar o pinchar la piel. El dispositivo utiliza la porción de luz azul del espectro visible y la radiación del infrarrojo (IR) cercano como fuente de radiación electromagnética. El dispositivo se emplea en el campo de los diagnósticos médicos y está esencialmente diseñado para ser portátil, de modo que los usuarios puedan llevarlo en la muñeca, por ejemplo.

La información sobre la glucemia es especialmente importante para los diabéticos. La diabetes (tipo I y II) es una enfermedad potencialmente mortal, pero al controlar adecuadamente la glucemia, se puede controlar satisfactoriamente, de modo que una persona con diabetes pueda vivir una vida plena, normal y activa. Para controlar la diabetes satisfactoriamente, es importante regular la glucemia de forma regular, lo que requiere supervisar la glucemia diariamente o incluso varias veces al día. Los pacientes con formas complicadas de diabetes determinan la dosis apropiada de insulina en función de la glucemia medida y según su régimen alimenticio previsto. En la actualidad, la mayoría de los pacientes con diabetes utilizan el procedimiento estándar para el control de la glucemia, que es invasivo, ya que normalmente implica obtener una muestra de sangre mediante un pinchazo, la cual se aplica a una tira reactiva, introduciéndose esta en el dispositivo de medición. Dado que para algunos pacientes es necesario controlar la glucemia varias veces al día, este procedimiento invasivo es desagradable y doloroso. Por lo tanto, se han desarrollado varios procedimientos para permitir mediciones no invasivas de la glucemia.

La patente RU2506893 describe un dispositivo y un procedimiento en los que se emplean ondas ultrasónicas de las frecuencias de 100 Hz a 1500 Hz y de 7000 Hz a 10000 Hz como una opción para la medición de la glucemia. El dispositivo no utiliza el espectro de luz visible y no es portátil.

La patente n.° US9078606B1 describe un dispositivo que utiliza microondas de varias longitudes de onda. El dispositivo tiene una cámara de resonancia que recibe microondas y hace oscilar la señal requerida. Se presiona un dedo sobre la abertura de la cámara de resonancia, de modo que entre una cantidad adecuada de tejido en la cámara. Esto provoca un cambio en la frecuencia de oscilación, que indica la glucemia en el tejido. Dependiendo de la frecuencia específica, la señal requerida se hace oscilar y luego se usa para calcular la glucemia. El dispositivo permite medir la glucemia solo en la punta del dedo; además, no utiliza la luz del espectro visible.

La patente n.° US2013075700 describe un dispositivo para medir múltiples parámetros sanguíneos usando una variedad de fuentes de luz láser, que se transfieren al punto de medición a través de fibras ópticas. Para funcionar, el dispositivo requiere una serie de filtros eléctricos y de luz, amplificadores ópticos y unidades de procesamiento. Este no resuelve la cuestión de la movilidad, ya que es demasiado grande y no es portátil para su uso diario. El dispositivo utiliza un espectro de luz invisible de 1400 nm a 2500 nm y longitudes de onda superiores.

En la solicitud de patente n.° US20150112170A1 se describe una solución que permite mediciones no invasivas de la glucemia en la muñeca. El dispositivo utiliza un láser de infrarrojo medio para detectar la glucemia. Este transmite la luz emitida por el láser al dispositivo a través de fibra óptica y, en función de la reflexión que recibe el dispositivo, se calcula la glucemia. El dispositivo utiliza un espectro de luz invisible por encima de 1400 nm de longitud de onda. La solicitud de patente internacional WO 95/19562 describe un dispositivo que realiza mediciones de sangre no invasivas por medio de una fuente de luz en el espectro de luz invisible, aproximadamente de 700 a 2500 nm. El dispositivo cuenta con varias fuentes de luz, conectadas entre sí por un sistema de lentes, que amplifican el haz de luz. La salida de cada una de las fuentes de luz se modula a una frecuencia diferente. A continuación, el haz de luz se enfoca en la muestra y un detector detecta la cantidad de luz transmitida o reflejada por la muestra, calculando la concentración de diversas sustancias en la sangre. El detector también incluye un descodificador, preferentemente con filtros eléctricos de paso de banda estrecho, sensibles a la modulación de las fuentes de luz. El dispositivo no es portátil y está diseñado para su uso en hospitales.

También se conoce el uso de una fuente de luz azul para medir la glucemia: en este caso, la concentración de azúcar en la sangre se determina en función de la luz transmitida a través de una muestra de orina. La glucosa en la muestra absorbe la luz azul, por lo que la cantidad de luz transmitida medida depende directamente de la cantidad de glucosa. Cuanta más glucosa haya en la muestra, menor será el resultado medido (Abidin M.S., Rajak A., Salam R.A., Munir M.M., Khairurrijal K. (2015) "Measurement of Glucose in Blood Using a Simple Non-Invasive Method", Science Forum Materials, Vol. 827, págs. 105-109).

Otro método conocido consiste en determinar la glucemia promedio a lo largo del tiempo en función de la glucohemoglobina, en cuyo caso la cantidad de glucohemoglobina se mide de forma no invasiva midiendo la absorción de luz infrarroja. La cantidad de glucosa en sangre es directamente proporcional a la cantidad medida de glucohemoglobina. Este método no permite determinar la glucosa actual (Nathan D.M., Kuenen J., Borg R., Zheng H., Schoenfeld D., Heine R.J. (2008). "Translating the A1C Assay into Estimated Average Glucose Valúes.". Diabetes Care 31 (8): 1473-8.).

Hasta ahora, no existen soluciones disponibles para las mediciones no invasivas de la glucemia en mamíferos, especialmente en humanos, utilizando una combinación de radiación electromagnética de dos longitudes de onda, es decir, luz de espectro visible y radiación infrarroja, donde se mide la radiación electromagnética que se refleja en la piel o en el tejido corporal.

El problema técnico resuelto por la invención es (1) determinar un método no invasivo para medir la glucosa usando luz reflejada; el método debe ser lo suficientemente preciso para reemplazar el método estándar de obtención de una muestra de sangre existente en el mercado, el cual utilizan los pacientes para medirse la glucemia de forma autónoma; (2) y la fabricación de un dispositivo para medir la glucemia empleando este método, en donde el dispositivo es preferentemente portátil. Las señales de luz reflejada medidas se utilizan para calcular la glucemia actual utilizando filtros apropiados y un procesamiento matemático.

A continuación, la invención aparece descrita en más detalle presentándose por medio de realizaciones y figuras, las cuales ilustran el dispositivo de acuerdo con la invención, así como el proceso de medición.

Figura 1 representa una de las realizaciones del dispositivo de acuerdo con la invención

Figura 2 representa el proceso de medición de acuerdo con una de las realizaciones

El dispositivo de acuerdo con la invención incluye:

- una fuente de luz azul con una longitud de onda de 430 a 480 nm, preferentemente 460 nm; en la realización presentada, se trata de un LED azul;

- una fuente de radiación infrarroja (IR) con una longitud de onda de 700 a 3000 nm, preferentemente 940 nm; en la realización presentada, se trata de un LED infrarrojo;

- una unidad de sensor que mide la luz azul y la radiación infrarroja reflejada por la piel/el tejido y la convierte en un cambio de resistencia o corriente o tensión eléctrica. La unidad de sensor debe tener un intervalo de longitudes de onda suficientemente grande para convertir la luz azul y la radiación infrarroja. También es posible utilizar dos unidades de sensor con un intervalo más estrecho: es decir, unidades separadas para la luz azul y la radiación infrarroja. En la realización presentada se utiliza una unidad de sensor, en concreto, un fotodiodo con un intervalo de longitudes de onda detectadas de 300 a 1100 nm, que en la salida crea una corriente que es de forma predominante directamente proporcional a la intensidad de la luz/radiación;

- un conjunto de filtrado de frecuencia para filtrar la señal procedente de la unidad de sensor, en donde el filtrado depende de si se filtra la luz azul reflejada detectada o la radiación infrarroja. El conjunto de filtrado de frecuencia consiste en uno o más filtros de frecuencia analógicos y/o digitales con los que se filtran todas las frecuencias de la señal, excepto la banda de frecuencia que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de pulsación de luz azul F^b, al medir la luz azul, y la banda de frecuencia que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de pulsación de radiación infrarroja F^ir, al medir la radiación infrarroja. Se requiere filtrado de frecuencia ya que la señal útil se inicia con una frecuencia conocida (F^by F^ir) y el filtrado se utiliza para eliminar el ruido de la señal medida. En la realización presentada, se utilizan filtros de frecuencia de "paso alto", de "paso de banda" y al menos un convertidor CAD de al menos 20 bits de resolución para luz azul y al menos 10 bits de resolución para radiación infrarroja. El conjunto de filtrado de frecuencia puede incluir opcionalmente un amplificador, el cual amplifica adecuadamente la señal y/o cambia la señal de valor actual a valor de tensión o viceversa antes, durante y/o después del filtrado. En la realización presentada, se utiliza un amplificador de transimpedancia, el cual cambia el valor actual al valor de tensión apropiado y amplifica la señal en un factor de 1:1000 cuando se mide la reflexión de luz azul y en un factor de 1:1 cuando se mide la reflexión de luz infrarroja;

- una unidad de procesamiento con una memoria para el programa y una memoria para el almacenamiento y procesamiento de los resultados de la medición que:

a) controla la excitación de la fuente de luz azul con la frecuencia de pulsación F^by el intervalo de tiempo de excitación T^b. F^bse selecciona del intervalo de frecuencia entre 100 y 300 kHz en diferentes realizaciones, preferentemente 200 kHz. T^bestá entre 1 y 10 segundos en diferentes realizaciones, preferentemente 7 segundos;

b) controla la excitación de la fuente de radiación infrarroja con la frecuencia de pulsación FIR y el intervalo de tiempo de excitación TIR. FIR se selecciona del intervalo de frecuencia entre 1 kHz y 50 kHz en diferentes realizaciones, preferentemente 10 kHz. TIR está entre 1 y 10 segundos en diferentes realizaciones, preferentemente 7 segundos;

c) controla el filtrado del conjunto de filtrado de frecuencia;

d) registra los valores de la señal buscada de la señal filtrada de los intervalos de medición individuales para la luz azul y por separado para la radiación infrarroja. El intervalo de medición suele ser igual al intervalo de excitación, como es el caso en la realización presentada, pero también puede ser más corto, por ejemplo, el inicio del intervalo de medición puede retrasarse hasta 0,5 segundos, de modo que los fenómenos de transición se eliminen de las mediciones. En una de las realizaciones, los valores buscados son el valor de tensión máxima absoluta y el valor de tensión mínima absoluta en cada intervalo de medición, en concreto UBmáx y UBmín al medir la reflexión de la luz azul, y UIRmáx y UIRmín al medir la reflexión de la radiación infrarroja; e) utilizando un algoritmo matemático preestablecido, calcula la glucemia a partir de los valores buscados. La fuente de alimentación del dispositivo se proporciona mediante una batería eléctrica u otra fuente de electricidad. Preferentemente, el dispositivo se alimenta a través de una batería de alimentación, situada detrás del elemento de presentación visual.

La fuente de luz azul, la fuente de radiación infrarroja y la unidad de sensor están orientadas hacia la piel/el tejido durante la medición y están en estrecho contacto con la piel/el tejido. Preferentemente, la fuente de luz/radiación y la unidad de sensor están la una al lado de la otra, con ambas fuentes lo más cerca posible de la unidad de sensor. La luz/radiación penetra en la piel y los tejidos, y parte de la luz/radiación es absorbida por la piel y los tejidos, mientras que otra parte de la luz/radiación se refleja en la piel y los tejidos y llega a la unidad de sensor. Los mejores resultados de medición se obtienen si las fuentes y la unidad de sensor se colocan en una parte del cuerpo con la menor cantidad de tejido adiposo, por ejemplo, en la muñeca.

Opcionalmente, el dispositivo puede incluir un elemento de presentación visual que muestre los valores de la glucemia, guíe el proceso de medición, notifique errores, etc. El elemento de presentación visual está situado en la parte superior del dispositivo, es decir, en el lado que no está en contacto con la piel. En la realización presentada, el elemento de presentación visual es una pantalla OLED.

Asimismo, el dispositivo puede contener opcionalmente un circuito de comunicaciones, por ejemplo, Bluetooth, que permite programar, controlar el dispositivo y/o transmitir los valores medidos y la glucemia calculada a un ordenador o a otro dispositivo.

El dispositivo está protegido por una carcasa, que en la realización presentada está hecha a partir de material plástico. Ambas fuentes y la unidad del sensor están recubiertas con una silicona transparente, permeable a la luz visible y a la radiación infrarroja. El dispositivo está en estrecho contacto con la piel en el lugar de medición para evitar influencias externas, como la luz del sol, durante la realización de las mediciones.

El dispositivo puede incluir opcionalmente una correa para montarlo en el punto de medición, preferentemente en la muñeca. La correa se implementa preferentemente como una pulsera o un cinturón.

El dispositivo puede incluir opcionalmente uno o más botones para encender/apagar el dispositivo y controlar la configuración del elemento de presentación visual. Dichos uno o varios botones se pueden implementar en una pantalla táctil.

El método de medición de la glucemia con el dispositivo de acuerdo con la invención incluye las siguientes etapas. El dispositivo se monta en el lugar de medición de modo que las fuentes de luz/radiación y la unidad de sensor queden en estrecho contacto con la piel/el tejido del lugar de medición.

Opcionalmente, antes de iniciar la medición, se puede realizar un protocolo de comprobación, para verificar que el dispositivo esté correctamente montado en el lugar de medición del cuerpo, preferentemente, en la muñeca. La primera etapa del protocolo de comprobación consiste en excitar la fuente de luz o la fuente de radiación infrarroja con la frecuencia de pulsación seleccionada. La unidad de sensor detecta la luz o la radiación reflejada de la piel/el tejido y emite una señal, que se filtra a través del conjunto de filtrado de frecuencia, que filtra todas las frecuencias excepto una banda de frecuencia estrecha situada alrededor de la frecuencia seleccionada. La unidad procesadora compara la señal obtenida con el valor preestablecido. Si la señal obtenida es mayor que el valor preestablecido, significa que la reflexión es lo suficientemente fuerte y que el dispositivo está bien sujeto al lugar de medición. Por lo tanto, el proceso de medición continúa. Si la señal obtenida es menor que el valor preestablecido, en la realización, el elemento de presentación visual muestra el aviso correspondiente, de modo que el usuario pueda fijar la posición del dispositivo en el cuerpo.

A continuación, se realizan las mediciones que utilizan la fuente de luz azul. La fuente de luz azul se excita por pulsación con la frecuencia Fb en el intervalo de medición Tb. La unidad de sensor detecta la luz reflejada y la convierte en una señal eléctrica: en la realización presentada, corriente eléctrica. La señal eléctrica en la realización presentada se almacena en la memoria de la unidad de procesamiento.

Después, la señal eléctrica se dirige al conjunto de filtrado de frecuencia, que filtra todas las frecuencias excepto la banda de frecuencia especificada que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de pulsación de luz azul FB y opcionalmente amplifica la señal antes o después del filtrado.

En la realización presentada, la frecuencia de pulsación F^bes igual a 200 kHz y el intervalo de medición es igual al intervalo de excitación de la fuente de luz azul T^b, que son 7 segundos. En la realización presentada se lleva a cabo un filtrado adecuado, de modo que la señal de la unidad de sensor sea primero amplificada por el amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1000 y al mismo tiempo la señal eléctrica, es decir, la corriente eléctrica, se convierta en tensión antes de realizar el filtrado. En la realización presentada, es necesario amplificar la señal, ya que los valores de la corriente medida están en el intervalo pA y el procesamiento de la señal no amplificada es virtualmente imposible, puesto que el filtrado no sería selectivo. La amplificación aumenta la selectividad de filtrado de la señal medida. En la realización presentada, luego viene el filtrado de la señal con un filtrado de "paso de banda", que filtra todos los componentes de frecuencia de la señal, salvo el componente de frecuencia F^by la banda circundante ±10 %. En la realización presentada, F^bes igual a 200 kHz. A continuación, se realiza la conversión de la señal a formato digital, por medio del convertidor CAD, que debe tener una resolución de al menos 20 bits, de modo que la señal convertida sea lo suficientemente precisa para su posterior procesamiento y medición.

A partir de dicha señal filtrada de este modo, al medir la luz azul reflejada, se registran los valores buscados de la señal, utilizados en las siguientes etapas para calcular el valor de la glucemia.

En la realización presentada, los valores buscados al medir la reflexión de la luz azul son la tensión máxima absoluta UBmáx y la tensión mínima absoluta UBmín, donde esta última es el valor de tensión mínima mayor que cero.

A continuación, se realizan las mediciones que utilizan la fuente de radiación infrarroja. La fuente de radiación infrarroja se excita por pulsación con la frecuencia F^iren el intervalo de medición T^ir. La unidad de sensor detecta la radiación reflejada y la convierte en una señal eléctrica: en la realización presentada, corriente eléctrica. La señal eléctrica en la realización presentada se almacena en la memoria de la unidad de procesamiento.

Después, la señal eléctrica se dirige al conjunto de filtrado de frecuencia, que filtra todas las frecuencias excepto la banda de frecuencia especificada que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de la frecuencia de pulsación de radiación infrarroja F^iry opcionalmente amplifica la señal antes o después del filtrado.

En la realización presentada, la frecuencia de pulsación F^ires igual a 10 kHz y el intervalo de medición es igual al intervalo de excitación de la fuente de radiación infrarroja T^ir, que son 7 segundos. En la realización presentada se lleva a cabo un filtrado adecuado para que la señal de la unidad de sensor, antes de realizar el filtrado, se dirija hacia el amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1, que convierte la señal eléctrica, que es corriente eléctrica, en tensión. La amplificación de la señal en el caso de la realización presentada no es necesaria, dado que los valores actuales en la señal ya están en el intervalo nA. En la realización presentada, luego viene el filtrado de la señal con el filtro de frecuencia de "paso alto", que filtra todas las frecuencias por debajo de 20 kHz de la señal. A partir de dicha señal filtrada de este modo, se sustrae el componente ambiental de la señal. El componente ambiental de la señal representa cualquier radiación electromagnética detectada por la unidad de sensor y no transmitida por la fuente de radiación infrarroja, como luz o calor en la habitación, el calor corporal, la radiación solar y similares. Por lo tanto, este componente representa el ruido que debe eliminarse de la señal. A continuación, se explica la medición del componente ambiental de la señal. Si el componente ambiental de la señal es mayor que la señal medida total, que es la suma de la señal útil (el resultado de la fuente de radiación infrarroja del dispositivo) y el ruido (incluido el componente ambiental de la señal), se repite la medición de la radiación infrarroja reflejada, ya que la relación señal/ruido es demasiado alta.

La medición del componente ambiental de la señal se puede realizar antes de medir la señal de infrarrojos o después de medir la señal de infrarrojos de la siguiente manera: el dispositivo está correctamente montado en la mano. Debe transcurrir al menos medio segundo entre la última excitación de cualquier fuente de luz/radiación y la medición del componente ambiental, para minimizar el impacto/la radiación térmica de las mediciones anteriores. Durante el intervalo de medición del componente ambiental, la radiación infrarroja o la fuente de luz azul no deben excitarse. De esta forma, solo se mide realmente la radiación electromagnética ambiental o corporal, que representa el ruido. El intervalo de medición del componente ambiental está preferentemente en el intervalo de 0,5 segundos a 0,7 segundos, pero no es necesario que sea superior a 1 segundo. La señal obtenida de este modo se puede almacenar en la memoria de la unidad de procesamiento, en cuyo caso la señal es amplificada por el amplificador de transimpedancia y convertida de corriente en tensión con el mismo factor que la señal infrarroja medida.

En la realización presentada, luego viene la conversión de la señal a formato digital por medio del convertidor CAD, que debe tener una resolución de al menos 10 bits, preferentemente de 16 bits. El filtrado de frecuencia de "paso de banda" se realiza para la señal digital con el componente de frecuencia principal F^ir, que es 10 kHz, y la banda circundante ±10 %.

A partir de dicha señal filtrada de este modo, al medir la radiación infrarroja reflejada, los valores buscados de la señal se registran y se utilizan en las etapas siguientes para calcular el valor de la glucemia. En la realización presentada, los valores buscados al medir la reflexión de la radiación infrarroja son la tensión máxima absoluta UiRmáx y la tensión mínima absoluta UiRmín, donde esta última es el valor de tensión mínima mayor que cero.

El orden en el que se realizan las mediciones de la luz azul reflejada y la radiación infrarroja reflejada no es significativo, ya que las mediciones son independientes; la reflexión de la radiación infrarroja se puede medir primero y luego la reflexión de la luz azul, o viceversa.

La siguiente etapa consiste en calcular el valor de la glucemia con un algoritmo matemático predefinido utilizando los valores buscados de ambas mediciones. Los valores buscados filtrados de la señal filtrada se pueden medir como corriente o tensión y, además del valor máximo y mínimo, contienen otros valores, como el valor promedio en cada intervalo de medición. Naturalmente, si selecciona cualquier otro valor que los establecidos en la realización presentada, es necesario ajustar el algoritmo matemático que calcula la glucemia.

En la realización presentada, los factores X¹y X²se calculan a partir de UBmáx, UBmín, UIRmáx, y UIRmín.

La fórmula para calcular X1 se adapta en la realización presentada usando la fórmula conocida para calcular el oxígeno e indirectamente la hemoglobina midiendo la cantidad de luz roja y radiación infrarroja ("Pulse Oximetry". Oximetry.org. 2002-09-10). En la realización presentada, se ajusta en consecuencia para medir la glucemia midiendo la luz azul reflejada y la radiación infrarroja.

v _

m ín) ^ UIRmín

(U IRmáx — UIRmín) ^ UBmín

La fórmula para calcular X²se adquiere empíricamente en la realización presentada, en donde X²es directamente proporcional al logaritmo natural de la relación UBmáx y UBmín e inversamente proporcional al logaritmo natural de la relación UIRmáx y UIRmín.

ln ( ^ Bmáx)

UBmín

Z , -

IRmáx

ln(-UIRmín)'

El valor de la glucemia AG en la realización presentada se calcula de acuerdo con la fórmula empírica:

Z i

A G - K 1 x - ^ - K 2

z 2

Las constantes K¹y K²reflejan elementos electrónicos específicos que se utilizaron en la fabricación del dispositivo, así como el factor de absorción del tipo particular de piel. K¹y K²pueden determinarse empíricamente o calcularse en función de las características de elementos electrónicos específicos y el factor de absorción del tipo de piel en particular. En la realización presentada, las constantes K¹y K²se determinan empíricamente de la siguiente manera: en cada medición de la glucemia usando el dispositivo de acuerdo con la realización presentada, las mediciones también se llevaron a cabo utilizando el método estándar de obtención de muestras de sangre. Al comparar las dos medidas, las constantes K¹y K²se determinaron de modo que hubiera la mínima desviación entre las mediciones. De este modo, las constantes determinadas empíricamente para el tipo de piel europea (clara) son:

K¹= 4,61

K2= 1,13

Opcionalmente, un determinado dispositivo se puede calibrar para un tipo de piel específico: el procedimiento de calibración determina el factor de absorción para el tipo de piel específico en función de mediciones adicionales de la reflexión de la radiación infrarroja y/o la reflexión de la luz azul. Otra opción es seleccionar el tipo de piel de los valores preestablecidos de K¹y K²antes de la medición, en cuyo caso, ambas constantes para un tipo de piel específico se almacenan de antemano en el programa de la unidad procesadora que calcula el valor de la glucemia. En la realización presentada, el valor de la glucemia obtenido se muestra en la pantalla. En otras realizaciones, el valor obtenido se puede procesar adicionalmente, o el resultado puede activar ciertos mensajes para que se muestren al usuario a través de una lógica preestablecida, tales como: dentro del intervalo normal; por debajo del intervalo normal, por encima del intervalo normal.

La unidad procesadora puede comparar opcionalmente el resultado obtenido con un intervalo preestablecido de valores esperados. En la medida en que el resultado obtenido se encuentre dentro del intervalo preestablecido, las mediciones se aceptan como satisfactorias y, en la realización presentada, se visualizan en la pantalla. En la medida en que el resultado obtenido no esté dentro del intervalo preestablecido, la medida se descarta y, en caso de necesidad, se repite.

Las mediciones se pueden realizar repetidamente. Los resultados obtenidos de mediciones satisfactorias se procesan y se transmiten estadísticamente, por ejemplo, como el valor promedio de todas las mediciones satisfactorias o como un valor ± error.

De acuerdo con el método de la realización presentada, se pueden realizar mediciones de la glucemia en el intervalo entre 4 mmol/L y 13 mmol/L, con tolerancia de error en las medidas hasta el 20 %. Existen múltiples causas para un error, en concreto: dispositivo que se ajusta holgadamente a la piel, piel o vello corporal dañados que alteran el factor de absorción, vasos sanguíneos constreñidos, etc.

Realización:

En una de las realizaciones, mostrada en la figura 1, el dispositivo de acuerdo con la invención está compuesto por la carcasa 1 y las correas de montaje 2 para una fijación firme a la muñeca. En el lado de la carcasa que está en contacto con la piel de la muñeca, se instala un LED azul 3 como fuente de luz azul, un LED infrarrojo 4 como fuente de radiación infrarroja y un fotodiodo receptor 5 como unidad de sensor. El LED azul emite luz con una longitud de onda de 460 nm, el LED infrarrojo emite radiación con una longitud de onda de 940 nm y el fotodiodo receptor tiene un intervalo de longitudes de onda detectadas de 300 a 1100 nm con una sensibilidad máxima de 920 nm. En los lados opuestos de la carcasa 1, se encuentra la pantalla OLED, que actúa como un elemento de presentación visual, que no se muestra en la figura. Al lado de la carcasa, hay un botón multifunción 6 para encender/apagar el dispositivo y controlar la configuración del elemento de presentación visual. La carcasa del dispositivo está hecha a partir de material plástico; tanto los LED como el fotodiodo están recubiertos de silicona, que es transparente y permeable a la luz visible y a la radiación infrarroja.

La carcasa 1 contiene todos los elementos electrónicos que son responsables del funcionamiento del dispositivo. La unidad procesadora y el conjunto de filtrado de frecuencia se implementan con el chip Cypress PSOC 5. Parte del conjunto de filtrado de frecuencia utilizado para filtrar la luz azul reflejada consiste en un amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1000, un filtro de "paso de banda" y un convertidor CAD de 24 bits. Es necesario amplificar la señal, dado que los valores de la corriente medida en el fotodiodo están en el intervalo pA, y el procesamiento posterior de la señal no amplificada sería prácticamente imposible, ya que el filtrado no sería adecuadamente selectivo. La amplificación de la señal aumenta la selectividad de filtrado de la señal medida.

El conjunto de filtrado de frecuencia para filtrar la radiación infrarroja reflejada consiste en un amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1, un filtro de "paso alto" y un convertidor CAD de 16 bits.

Para la comunicación con dispositivos externos, la carcasa contiene un circuito Bluetooth de cuarta generación. La carcasa también contiene baterías de polímero de litio. Las baterías se cargan a través de dos conectores de base, que también pueden servir para proporcionar alimentación directa al dispositivo.

La figura 2 muestra un método de acuerdo con una de las realizaciones. El método consiste en fijar el dispositivo en la muñeca, realizar el protocolo de comprobación, confirmando que el dispositivo está correctamente montado en la muñeca. Luego viene la excitación de la fuente de luz azul; pulsa con la frecuencia F^ben el intervalo de medición T^b. La unidad de sensor detecta la luz reflejada y la convierte en corriente eléctrica. Luego viene el filtrado de la señal, donde la señal de la unidad de sensor es primero amplificada por el amplificador de transimpedancia, seguido del filtrado de la señal con el filtro de "paso de banda" y la conversión de la señal en forma digital mediante el convertidor CAD. A partir de la señal filtrada de este modo, al medir la luz azul reflejada, se registran los valores buscados, que son la tensión máxima absoluta UBmáx y la tensión mínima absoluta UBmín, donde esta última es el valor de tensión mínima mayor que cero. Luego viene la medición del componente ambiental y luego la excitación de la fuente de radiación infrarroja: pulsa con la frecuencia F^iren el intervalo de medición T^ir. La unidad de sensor detecta la radiación reflejada y la convierte en corriente eléctrica. Luego viene el filtrado de la señal, donde la señal de la unidad de sensor se dirige al amplificador de transimpedancia, seguido del filtrado de la señal con el filtro de "paso alto". A partir de la señal filtrada de este modo se sustrae el componente ambiental de la señal. A continuación, se realiza la conversión de la señal a formato digital, por medio del convertidor CAD y el filtrado de la señal digital con el filtro de "paso de banda". A partir de la señal filtrada de este modo, al medir la radiación infrarroja reflejada, se registran los valores buscados, que son la tensión máxima absoluta UiRmáx y la tensión mínima absoluta UiRmín, donde esta última es el valor de tensión mínima mayor que cero. A continuación, se calcula el valor de la glucemia, utilizando un algoritmo matemático predefinido utilizando los valores buscados de ambas mediciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo para la medición no invasiva de la glucemia en mamíferos, preferentemente en humanos, mediante la medición de la radiación electromagnética que se refleja en la piel y/o el tejido, en donde el dispositivo incluye: - una fuente de luz azul con una longitud de onda de 430 nm a 480 nm;

- una fuente de radiación infrarroja (IR) con una longitud de onda de 700 nm a 3000 nm;

- una unidad de sensor para medir una luz azul y una radiación infrarroja reflejada en la piel y/o el tejido y convertirlas en un cambio de resistencia o corriente o tensión eléctrica;

- un conjunto de filtrado de frecuencia para el filtrado de señal, que consiste en uno o más filtros de frecuencia analógicos y/o digitales con los que se filtran todas las frecuencias de señal, excepto una determinada banda de frecuencia que se sitúa alrededor e incluye una frecuencia de una pulsación de luz azul F^b, al medir la luz azul y una banda de frecuencia determinada que se sitúa alrededor e incluye una frecuencia de pulsación de radiación infrarroja F^ir, al medir la radiación infrarroja; y

a) controla la excitación de la fuente de luz azul con la frecuencia de pulsación F^by un intervalo de tiempo de excitación T^b, donde F^bse selecciona del intervalo entre 100 kHz y 300 kHz, y T^bse selecciona del intervalo entre 1 segundo y 10 segundos;

b) controla la excitación de la fuente de radiación infrarroja con la frecuencia de pulsación F^iry un intervalo de tiempo de excitación T ^ir, donde F^irse selecciona del intervalo entre 1 kHz y 50 kHz y T^irse selecciona del intervalo entre 1 segundo y 10 segundos;

c) controla el filtrado del conjunto de filtrado de frecuencia;

d) a partir de intervalos de medición individuales para la luz azul y por separado para la radiación infrarroja, registra los valores de señal buscados de la señal filtrada, y

e) a partir de los valores de señal buscados, calcula la glucemia utilizando un algoritmo matemático preestablecido.

2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la fuente de luz azul es un LED azul con una longitud de onda de 460 nm, que pulsa con la frecuencia F^bigual a 200 kHz en el intervalo de tiempo de excitación TB de 7 segundos, la fuente de radiación infrarroja es un LED infrarrojo con una longitud de onda de 940 nm, que pulsa con la frecuencia F^irde 10 kHz en el intervalo de tiempo de excitación T ^irde 7 s, la unidad de sensor es un fotodiodo con un intervalo de longitudes de onda detectadas de 300 a 1100 nm, y el LED azul y el LED infrarrojo están montados en el dispositivo lo más cerca posible del fotodiodo.

3. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el conjunto de filtrado de frecuencia incluye filtros de frecuencia de "paso alto", filtros de frecuencia de "paso de banda" y el convertidor CAD que tiene al menos 20 bits de resolución para luz azul y al menos 10 bits de resolución para radiación infrarroja.

4. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el conjunto de filtrado de frecuencia incluye además un amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1:1000 cuando se mide la reflexión de la luz azul y un amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1:1 cuando se mide la reflexión de la radiación infrarroja.

5. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo incluye además un elemento de presentación visual para visualizar la glucemia, un circuito de comunicaciones que permite programar y controlar el dispositivo y/o enviar los valores medidos y calculados de la glucemia a un ordenador o a otro dispositivo y al menos un botón para encender y apagar el dispositivo y controlar la configuración del elemento de presentación visual.

6. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo incluye una correa para sujetar el dispositivo en el punto de medición en el cuerpo, preferentemente en la muñeca, y una batería u otra fuente de alimentación.

7. El dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los valores de señal buscados en la señal filtrada son valores de tensión máxima absoluta y valores de tensión mínima absoluta en cada intervalo de medición, en concreto UBmáx y UBmín al medir la reflexión de la luz azul y UiRmáx y UiRmín al medir la reflexión de la radiación infrarroja.

8. Un método para medir una glucemia usando el dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde dicho método incluye las siguientes etapas:

- colocar el dispositivo en el lugar de medición del cuerpo, de modo que la fuente de luz azul, la fuente de radiación infrarroja y la unidad de sensor queden en estrecho contacto con la piel y/o el tejido del lugar de medición;

- medir con la fuente de luz azul, que incluye:

a) excitar la fuente de luz azul, de modo que pulse con la frecuencia F^ben el intervalo de tiempo T^b, b) detectar la luz reflejada con la unidad de sensor y convertir la luz detectada en señal eléctrica, c) filtrar la señal de la unidad de sensor con el conjunto de filtrado de frecuencia que filtra la señal de todas las frecuencias excepto la banda de frecuencia especificada que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de pulsación de luz azul F^b,

d) registrar los valores de señal buscados de la señal filtrada al medir la reflexión de la luz azul;

- medir con la fuente de radiación infrarroja, que incluye:

a) excitar la fuente de radiación infrarroja, de modo que pulse con la frecuencia F^iren el intervalo de tiempo T ^ir,

b) detectar la radiación infrarroja reflejada con la unidad de sensor y convertir la radiación infrarroja detectada en señal eléctrica,

c) filtrar la señal de la unidad de sensor con el conjunto de filtrado de frecuencia que filtra la señal de todas las frecuencias, excepto la banda de frecuencia especificada que se sitúa alrededor e incluye la frecuencia de pulsación de luz azul F^ir,

d) registrar los valores de señal buscados de la señal filtrada al medir la reflexión de la radiación infrarroja; - calcular el valor de la glucemia con un algoritmo matemático predefinido utilizando los valores de señal buscados de las mediciones de reflexión de la luz azul y los valores de señal buscados de las mediciones de reflexión de la radiación infrarroja,

en donde medir con la fuente de luz azul y medir con la fuente de radiación infrarroja son mutuamente independientes, por lo que el orden es arbitrario.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que los valores de señal buscados en la señal filtrada son valores de tensión máxima absoluta y valores de tensión mínima absoluta en cada intervalo de medición, en concreto UBmáx y UBmín al medir la reflexión de la luz azul y UiRmáx y UiRmín al medir la reflexión de la radiación infrarroja.

10. Método de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por que el filtrado de señal al medir con la fuente de luz azul incluye:

a. amplificación de señal con un amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1000 y, al mismo tiempo, una señal eléctrica, es decir, la corriente eléctrica se convierte en tensión,

b. seguida de filtrado de señal con filtrado de "paso de banda", que filtra todos los componentes de frecuencia de la señal, salvo el componente de frecuencia F^b, igual a 200 kHz y la banda circundante ± 10 %, y

c. conversión de la señal a formato digital por medio del convertidor CAD, que tiene una resolución de al menos 20 bits.

11. Método de acuerdo con las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que el filtrado de la señal al medir con la fuente de radiación infrarroja incluye:

a. dirigir la señal de la unidad de sensor al amplificador de transimpedancia con un factor de amplificación de 1:1, donde la señal eléctrica, es decir, la corriente eléctrica, se convierte en tensión,

b. filtrado de señal con el filtro de frecuencia de "paso alto", que filtra todas las frecuencias por debajo de 20 kHz de la señal,

c. deducir un componente ambiental de la señal filtrada de este modo,

d. conversión de la señal a formato digital por medio del convertidor CAD, que tiene una resolución de al menos 10 bits y

e. filtrado de frecuencia con filtrado de "paso de banda", que filtra todos los componentes de frecuencia de la señal, salvo el componente de frecuencia F^ir, igual a 10 kHz y la banda circundante ± 10 %.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que la medición del componente ambiental se realiza antes de medir la señal infrarroja o después de medir la señal infrarroja, en donde debe pasar al menos medio segundo entre la última excitación de cualquier fuente de luz/radiación y la medición del componente ambiental y durante la medición la fuente de radiación infrarroja y la fuente de luz azul no deben excitarse; la señal obtenida de este modo se amplifica a través del amplificador de transimpedancia y se convierte de corriente a tensión con el mismo factor que la señal infrarroja medida.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que el valor de la glucemia se calcula mediante la siguiente fórmula:

Z 1

A G = K 1 X - ± - K 2

Z 2

donde

(U Bmáx UBm ín) * UIRmín

Z i

(U IRmáx — UIRmín) * UBmín

y

UBmáx

ln( )

UBmín

Z2 =

UIRmáx _ln()

UIRmín

y en donde Ki y K²son constantes que se determinan empíricamente mediante la comparación de la glucemia medida usando el dispositivo con la glucemia medida usando un método estándar de obtención de una muestra de sangre y en donde las constantes K¹y K²se determinan de modo que existan desviaciones mínimas entre dichas mediciones, o se calculan en función de las características de los elementos electrónicos utilizados en la fabricación del dispositivo y un factor de absorción del tipo de piel particular.

14. Método de acuerdo con las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por que antes de iniciar la medición, se lleva a cabo un protocolo de comprobación, para verificar que el dispositivo esté correctamente montado en el lugar de medición del cuerpo, en donde la fuente de luz azul con la frecuencia de pulsación F^bo la fuente de radiación infrarroja con la frecuencia de pulsación F^irse excita, la unidad de sensor detecta luz azul o radiación infrarroja reflejada de la piel y/o el tejido, la convierte en una señal que se filtra a través del conjunto de filtrado de frecuencia; la unidad procesadora compara la señal filtrada con un valor preestablecido y, si la señal obtenida es mayor que el valor preestablecido, significa que la reflexión es lo suficientemente fuerte, por lo tanto, el dispositivo se encuentra conectado correctamente a la parte del cuerpo.

15. Método de acuerdo con las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado por que el método de medición se repite varias veces seguidas, en donde los resultados de medición satisfactorios obtenidos de este modo se procesan estadísticamente y se proporcionan al usuario como el valor promedio de todas las mediciones o como valor ± error.