ES2894849T3 - Dispositivo de monitorización fisiológica - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de monitorización fisiológica (1) que comprende: - un elemento en forma de copa (2) adecuado para adquirir señales de una superficie de la piel, - un elemento de control (3) adecuado para comunicarse con dicho elemento en forma de copa (2), - dicho elemento en forma de copa (2) es adecuado para adquirir señales que comprenden pulsaciones de presión, - dicho elemento de control (3) comprende un sensor de presión (30) adecuado para detectar dichas señales independientemente de la frecuencia y con frecuencias que tienen un valor detectable mínimo que es al menos inferior a 5 Hz hasta una frecuencia nula, y donde dicho dispositivo de monitorización (1) está diseñado para transducir la onda de presión en una señal eléctrica, posteriormente convertir la señal eléctrica en una señal digital, y para utilizar un algoritmo dedicado, permitiendo dicho algoritmo el desplazamiento de las bajas frecuencias hacia las altas frecuencias, haciendo que las ondas de presión de otro modo inaudibles sean audibles.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de monitorización fisiológica

La presente invención se refiere a un dispositivo de monitorización fisiológica según la reivindicación independiente 1, las realizaciones preferidas son definidas por las reivindicaciones dependientes 2-8.

En particular, un dispositivo según la invención es adecuado para detectar parámetros fisiológicos dentro del contexto de las actividades diarias convencionales, así como las actividades médicas y deportivas.

En el estado actual de la técnica, se sabe que los dispositivos médicos para la monitorización fisiológica se caracterizan porque su funcionamiento se basa principalmente en el contacto del producto afectado con la capa dérmica superior del cuerpo.

Los ejemplos en este sentido incluyen instrumentos para detectar varios parámetros fisiológicos característicos que se encuentran comúnmente en el contexto de la vida cotidiana: un termómetro es un instrumento simple adecuado para medir la temperatura corporal por medio del contacto de la piel con un bulbo metálico.

Otro ejemplo de un objeto común utilizado para medir parámetros fisiológicos es un esfigmomanómetro, también conocido como medidor de presión, adecuado para determinar la presión arterial diastólica y sistólica.

Además de los dispositivos mencionados anteriormente, en el estado actual de la técnica, es posible encontrar otros instrumentos para medir y/o registrar otros tipos de parámetros fisiológicos de interés.

Un endoscopio de estetofono es un instrumento comúnmente utilizado, que permite escuchar tanto vibraciones de alta frecuencia como de baja frecuencia, de ahí su uso en la escucha de órganos internos en general.

Los glucómetros son instrumentos de uso común adecuados para los análisis de sangre, para registrar la glucosa en la sangre.

Además, se han comercializado brazaletes o relojes de pulsera, especialmente recientemente, que son principalmente adecuados para controlar la actividad cardíaca.

En el contexto del procesamiento de parámetros fisiológicos relacionados con la actividad muscular, tanto en el campo clínico como comercial, se han desarrollado una serie de técnicas de registro que incluyen, por ejemplo, mecanomiografía (MMG) y electromiografía (EMG).

Estas técnicas se utilizan para obtener sonidos y actividad eléctrica respectivamente desarrollados por contracciones musculares originadas del movimiento de las fibras musculares.

En detalle, la EMG se basa en el procesamiento de frecuencia de las señales de los electrodos colocados en el cuerpo o dentro del cuerpo por medio de agujas para observar las fibras musculares más internas. Los dispositivos de monitorización fisiológica de última generación se describen, por ejemplo, en las solicitudes de patente US-A-2015/141774, US-A-A2007/113654, US-B-6415033 y JP-A-2013102784.

La técnica conocida descrita presenta una serie de desventajas importantes.

En particular, los dispositivos descritos solo son capaces de monitorizar un parámetro característico fisiológico y, en la mayoría de los casos, requieren procedimientos de registro especiales, cabe pensar en el esfigmomanómetro, que evita el uso inmediato durante actividades que involucran todo el cuerpo, como, por ejemplo, el deporte.

En vista de lo anterior, una desventaja adicional importante en el contexto de la técnica actual es que los instrumentos actualmente en uso no son fáciles de transportar, con la excepción de las pulseras para registrar los latidos del corazón.

Una desventaja adicional de la técnica conocida en relación con ciertos parámetros radica en la invasividad de los instrumentos utilizados: basta con considerar el glucómetro, que incluye la punción de una yema del dedo, o el registro de fibras musculares internas utilizando agujas para la EMG.

Una desventaja adicional radica en la complejidad y dificultad para obtener pronósticos aceptables para algunos de los aparatos actualmente en uso, tales como, por ejemplo, los dispositivos para EMG.

El objetivo de este último es registrar y muestrear las frecuencias de las señales procedentes de las fibras musculares en movimiento, pero se ven afectadas por perturbaciones, como, por ejemplo, el ruido a 50 Hz procedente de interferencias a lo largo de la línea eléctrica o las señales de los músculos antagonistas, que necesitan componentes de filtrado significativos para las señales.

En conclusión, y con referencia particular al aparato muscular, la desventaja más seria identificada en la técnica mencionada anteriormente es la dificultad y falta de precisión dentro del campo de la atención sanitaria y particularmente en individuos cuya fascia muscular está comprometida por patologías tales como, por ejemplo, esclerosis lateral amiotrófica (comúnmente conocida como ALS).

En este caso, la tarea técnica en la raíz de la presente invención es desarrollar un dispositivo de monitorización fisiológica capaz de superar sustancialmente los inconvenientes establecidos.

En el contexto de dicha tarea técnica, un objetivo importante es obtener la monitorización simultánea, en tiempo real, de una serie de parámetros fisiológicos característicos.

Otro objetivo es desarrollar un dispositivo que garantice una alta sensibilidad a los parámetros fisiológicos bajo monitorización.

Otro objetivo importante es desarrollar un dispositivo que sea fácil de transportar y que se pueda utilizar ampliamente tanto en el ámbito del deporte, para la monitorización de las sesiones de entrenamiento físico como en el ámbito sanitario, para aquellos casos que incluyan patologías tales como patologías musculares.

Un último objetivo, pero no menos importante, es desarrollar un dispositivo que no sea invasivo y que pueda aplicarse al cuerpo sin limitaciones.

La tarea técnica y los objetos especificados se logran por medio de la solución técnica definida en la reivindicación 1 adjunta. En las reivindicaciones dependientes se describen ejemplos de las realizaciones preferidas.

Las características y ventajas de la invención se aclaran a continuación mediante una descripción detallada de realizaciones preferidas, con referencia a los dibujos adjuntos, donde:

la figura 1 muestra una vista en perspectiva desde la parte superior del dispositivo; y

la figura 2 ilustra una vista en perspectiva desde la parte inferior del dispositivo.

En este documento, cuando las medidas, valores, formas y referencias geométricas (como la perpendicularidad y el paralelismo) se asocian con palabras, como «aproximadamente» u otros términos similares, por ejemplo «prácticamente» o «sustancialmente», se entenderán como exceptuando errores de medición o imprecisiones resultantes de errores de producción y/o fabricación y, sobre todo, exceptuando una ligera divergencia del valor, medición, forma o referencia geométrica con la que está asociado. Por ejemplo, si dichos términos están asociados con un valor, preferentemente indican una divergencia de no más del 10% del mismo valor.

Además, cuando se utilizan términos como «primero», «segundo», «mayor», «inferior», «principal» y «secundario», no necesariamente identifican un orden, una prioridad de relación o posición relativa, sino que simplemente se utilizan para distinguir diferentes componentes más claramente.

En lo que respecta a las figuras, el dispositivo de monitorización fisiológica según la invención se indica en general con el número 1.

En resumen, el principio inventivo en la base del dispositivo de monitorización fisiológica 1 se centra en la combinación funcional de la técnica conocida como mecanomiografía y auscultación a partir de un endoscopio de estetofono que se modifica ventajosamente. La mecanomiografía o MMG es una técnica no invasiva, como se indica en la introducción, capaz de adquirir el sonido producido por las contracciones musculares originadas por el movimiento de las fibras musculares: dicho sonido de las fibras musculares es una señal cuya frecuencia está comprendida dentro de un intervalo de aproximadamente 2-250 Hz. Dicha técnica se puede utilizar en el campo clínico, en el atletismo, para la monitorización de la fatiga muscular o cibernética como biorretroalimentación para el control de los sistemas.

El endoscopio de estetofono es, como se ha dicho, un instrumento médico, que permite la auscultación de los órganos que vibran dentro del cuerpo por medio de sonidos (ondas de presión) recibidos por el tímpano en el oído humano a través de tubos de canalización. Estructuralmente, el dispositivo de monitorización fisiológica 1 se compone preferentemente de cuatro componentes principales: un elemento en forma de copa 2, que define un eje principal 1a y un plano de referencia 1b perpendicular al eje principal 1a, un elemento de control 3, una cubierta 4 y, si es necesario, un diafragma 5.

El elemento en forma de copa 2 está hecho preferentemente de un material polimérico y define, por ejemplo, una base inferior 2a que pertenece al plano de referencia 1b, centrado en el eje principal 1a, y una base superior 2b con una sección de geometría variable, paralela al plano 1b, más pequeña en relación con la proyección de la base inferior 2a en el plano de referencia 1b.

La base superior 2b está preferentemente superada por el elemento de control 3.

El elemento de control 3 es, por ejemplo, una placa, concebida como un elemento rígido en el que dos tamaños predominan significativamente sobre el tercero, con geometría variable, que comprende una superficie inferior 3a paralela al plano de referencia 1b y adecuada para el contacto con el elemento en forma de copa 2, y una superficie superior 3b opuesta a la anterior.

Además, el elemento en forma de copa 2 define una superficie lateral 2c, donde al menos dos ranuras 20b se colocan preferentemente para una posible conexión con una pequeña correa 100, y comprende un orificio pasante 20 que define una superficie interna 20a.

El elemento en forma de copa 2 está sustancialmente inspirado por el endoscopio de estetofono mencionado anteriormente.

Sin embargo, en comparación con esto, el dispositivo de monitorización fisiológica 1 presenta características ventajosamente diferentes.

El registro de las actividades fisiológicas de interés se lleva a cabo en el endoscopio de estetofono mediante la adquisición de ondas de presión, como se indicó anteriormente, llevadas dentro de un tubo, por el tímpano, es decir, por un sensor de ruido sonoro.

Mientras que, en el dispositivo de monitorización fisiológica 1, la señal de presión es procesada en la base superior 2b por un sensor de presión 30. Este último está comprendido preferentemente dentro del elemento de control 3 y, en particular, en una posición centrada en el eje principal 1a en la superficie inferior 3a.

El sensor de presión 30 es, por ejemplo, del tipo BOSCH® BME 280 o Honeywell® HSCSRRN001NDAA3 y realiza funciones importantes en el contexto del funcionamiento del dispositivo de monitorización 1.

El dispositivo de monitorización 1 está diseñado para transducir la onda de presión en una señal eléctrica y posteriormente digital, y usando un algoritmo dedicado, permite el desplazamiento de las bajas frecuencias hacia las altas frecuencias, haciendo que las ondas de presión de otro modo inaudibles sean audibles.

El sensor de presión 30 permite captar y transmitir señales a frecuencias muy bajas, inferiores a 5 Hz y preferentemente hasta frecuencia nula o 0 Hz, que generalmente no es detectable con instrumentos que pertenecen al estado actual de la técnica. En otras palabras, el sensor de presión 30, a diferencia de los micrófonos, es capaz de detectar y transmitir señales independientemente de la frecuencia, alcanzando sensibilidades mucho mayores. Además, el sensor de presión 30 permite registrar la humedad y la temperatura corporal y, cuando descansa sobre el abdomen, es posible medir la frecuencia respiratoria y transducir los sonidos de apertura y cierre de las válvulas cardíacas.

Esto es posible, principalmente debido a una válvula bidireccional 31 que permite controlar la presión dentro del elemento en forma de copa. Esta válvula bidireccional 31 también está comprendida preferentemente dentro del elemento de control 3.

En particular, una vez cerrada, la válvula 31 permite que el dispositivo 1 se selle herméticamente en la superficie de la piel, cerrando el orificio 20 nuevamente para facilitar la medición de la frecuencia respiratoria. Considerando que, cuando la válvula 31 está abierta, permite que se elimine el desplazamiento, causado por la sobrepresión que puede formarse dentro del orificio 20 después de que el usuario ha aplicado el instrumento.

Gracias al sensor de presión 30, el dispositivo 1 permite adquirir bandas de frecuencia definidas, pero con referencia al elemento en forma de copa 2, al variar la base inferior 2a, hay una superficie de contacto, que permite modificar el intervalo de frecuencias registrables.

Además, dos sensores ópticos 21 se colocan preferentemente en la base inferior 2a, por ejemplo del tipo oxímetro de pulso de alta sensibilidad y sensor de frecuencia cardiaca SFH 7O60-OSRAM ® o MAX30102 - MAXIM, simétricamente en relación con el eje principal 1a.

Estos sensores ópticos 21 sirven para pulsimetría, oximetría y glucosimetría (Yadav y col., Processing and Integrated Networks (SPIN), 2014 International Conference on. IEEE, 2014) y permiten monitorizar el acoplamiento entre la piel y el dispositivo.

Por último, el elemento en forma de copa 2 preferentemente comprende sensores de fuerza 22 colocados, por ejemplo, en la superficie lateral 2c, en particular en al menos una ranura 20b.

Los sensores de fuerza 22 son adecuados para detectar, por ejemplo, la frecuencia de respiración, midiendo el cambio en la tensión en la ranura causada por la expansión del cuerpo del usuario en el que se aplica el dispositivo 1.

Se considera que, preferentemente, el elemento de control 3 también está equipado con elementos electrónicos en su superficie, en particular en la superficie superior 3b: un microcontrolador 32, un sensor de IMU 33, un elemento de conexión 34 y una batería 35.

En particular, el sensor de humedad y temperatura corporal 31 detecta la temperatura del usuario en el área debajo del elemento en forma de copa 2, obteniendo datos relacionados con la humedad, nuevamente en esta área.

El microcontrolador 32 es un elemento electrónico común adecuado para recoger y procesar las señales de medición que provienen de los sensores en el elemento de control 3.

El sensor IMU 33, por ejemplo del tipo BOSCH® BNO 055, comprende un giroscopio, un magnetómetro y un acelerómetro y, por lo tanto, es adecuado para calcular la aceleración, la velocidad angular, la posición angular y la balistografía.

El elemento de conexión 34 es, por ejemplo, un módulo del tipo Bluetooth®, pero también puede ser de otro tipo siempre que garantice la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos de recepción externos 200 tales como, por ejemplo, un teléfono inteligente o un PC u otro.

Finalmente, la batería 35 sirve para suministrar todo el dispositivo 1.

Los sensores mencionados anteriormente pueden funcionar de forma independiente, realizando las funciones para las que están diseñados, o pueden trabajar juntos junto con los otros sensores. Por ejemplo, es ventajosamente posible combinar el sensor de presión 30 con el sensor de IMU 33 obteniendo mediciones de vibración de baja frecuencia caracterizadas por una incertidumbre reducida, lo que permite reforzar el análisis mecanográfico. O es posible combinar los datos del sensor de presión 30 y los datos del sensor óptico 21, o los datos del sensor IMU 33 y los datos del sensor óptico 21 para estimar la presión arterial usando el tiempo de tránsito del pulso (Wang y col. Int Conf Señal Process Proc. octubre de 2014; 2014: 115-118) o el sensor de presión 30 y el sensor de fuerza 34 para estimar la frecuencia respiratoria.

El dispositivo de monitorización 1 preferentemente también comprende una cubierta 4, por ejemplo, hecha de un material polimérico, que comprende una placa con geometría variable, de la cual al menos una de las dos superficies está rematada por un espesor perimetral 4c adecuado para contener completamente el elemento de control 3 y adecuado para limitarse, por ejemplo mediante encolado, al elemento en forma de copa 2.

Finalmente, el dispositivo de monitorización fisiológica 1 puede comprender, si es necesario, el diafragma 5, como se indicó anteriormente, en la superficie de la base 2a.

Dicho diafragma 5 puede ser de cualquier forma y tamaño y es preferentemente adecuado para interactuar con la superficie de la piel del individuo que se va a examinar con efectos de amortiguación sobre las frecuencias más bajas y efectos de amplificación de las frecuencias más altas. El funcionamiento del dispositivo de monitorización fisiológica 1, descrito anteriormente en términos sustancialmente estructurales, es como se indica a continuación. Está preferentemente en contacto con la superficie de la piel, ubicada por encima de la fascia muscular en cuestión, y está limitada a la extremidad, por ejemplo, mediante la aplicación de una pequeña correa 100.

Los parámetros fisiológicos de interés son registrados posteriormente por el dispositivo 1 y enviados a un receptor, tal como por ejemplo un teléfono inteligente 200, para monitorizar el estado fisiológico del individuo, en tiempo real, y en particular su actividad muscular. El dispositivo de monitorización fisiológica 1 según la invención ofrece ventajas importantes.

Es posible monitorizar y controlar una cantidad de parámetros fisiológicos de forma simultánea y sinérgica utilizando solo el dispositivo 1 y sin tener que recurrir a operaciones complejas para lograr dichos objetivos.

El dispositivo 1 también se caracteriza por su extraordinaria sensibilidad y transportabilidad, así como por su amplia versatilidad, lo que lo hace fácil y práctico de usar y transportar.

En detalle, el sensor de presión 30, que se caracteriza, como se indica, por su escala inferior sorprendentemente reducida, garantiza ventajosamente una mayor sensibilidad, ya que es capaz de registrar señales de intensidad considerablemente reducida y baja frecuencia cercanas a las definidas por el movimiento de las fibras musculares. Permite evaluar señales, por ejemplo dentro de ±1,8 mmHg y ventajosamente dentro de frecuencias que varían de 0 Hz a unos pocos miles, que se reducen considerablemente en comparación con la técnica anterior y en particular con instrumentos como micrófonos, que utilizan respuesta de frecuencia con una escala significativamente mayor (20 Hz-20 KHz).

En vista de lo anterior, el dispositivo 1 tiene una funcionalidad de amplio alcance que permite su uso en campos tales como el deporte y, lo que es igualmente importante, la salud.

Con referencia particular a la fascia muscular, la adopción de la técnica mecanomiográfica, junto con la adquisición por un elemento en forma de copa 2, preferentemente un endoscopio de estetofono, con sensores de presión 30, permite el uso del dispositivo 1 y con resultados considerables, en términos de monitorización de la actividad fisiológica, también en individuos afectados por esclerosis lateral amiotrófica, es decir, con alguna fascia muscular comprometida.

Por último, una ventaja adicional radica en el hecho de que como el dispositivo 1 funciona en contacto con la superficie de la piel, no es necesario utilizar instrumentos invasivos.

En conclusión, el dispositivo de monitorización fisiológica 1 según la invención logra combinar sinérgicamente elementos dirigidos a mejorar la funcionalidad y precisión del instrumento.

Cada sensor contribuye favorablemente a aumentar la precisión de los datos adquiridos de los otros sensores y el mismo elemento en forma de copa 2 facilita la adquisición del sensor de presión 30 a través de la cavidad u orificio 20 dentro del mismo.

Además, el dispositivo 1 permite lograr análisis precisos, por ejemplo, en usuarios afectados por disfunciones musculares sin ninguna limitación logística, el dispositivo 1 es extremadamente compacto y se adapta fácilmente a cualquier posición y configuración. Todas estas características ventajosas se obtienen, sin embargo, de elementos que son fáciles de encontrar y, en consecuencia, el dispositivo de monitorización fisiológica 1 no presenta ninguna complicación a nivel tecnológico y financiero.

La invención está sujeta a variaciones que se encuentran dentro del alcance del concepto inventivo como se define en las reivindicaciones.

Por ejemplo, el elemento en forma de copa 2 puede ser redondo u ovalado o de cualquier otra forma respetando y preservando las funcionalidades y ventajas expresadas anteriormente. En dicho contexto, todos los detalles se pueden reemplazar por componentes y materiales equivalentes y pueden ser de cualquier forma o tamaño.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de monitorización fisiológica (1) que comprende:

- un elemento en forma de copa (2) adecuado para adquirir señales de una superficie de la piel,

- un elemento de control (3) adecuado para comunicarse con dicho elemento en forma de copa (2),

- dicho elemento en forma de copa (2) es adecuado para adquirir señales que comprenden pulsaciones de presión,

- dicho elemento de control (3) comprende un sensor de presión (30) adecuado para detectar dichas señales independientemente de la frecuencia y con frecuencias que tienen un valor detectable mínimo que es al menos inferior a 5 Hz hasta una frecuencia nula, y donde dicho dispositivo de monitorización (1) está diseñado para transducir la onda de presión en una señal eléctrica, posteriormente convertir la señal eléctrica en una señal digital, y para utilizar un algoritmo dedicado, permitiendo dicho algoritmo el desplazamiento de las bajas frecuencias hacia las altas frecuencias, haciendo que las ondas de presión de otro modo inaudibles sean audibles.

2. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según la reivindicación 1, donde dicho sensor de presión (30) comprende una escala inferior de ±1,8 mmHg

3. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según la reivindicación 1, donde dicho elemento en forma de copa (2) comprende un endoscopio de estetofono.

4. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dicho elemento en forma de copa (2) comprende al menos un sensor óptico (21) y un sensor de fuerza (22).

5. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dicho sensor de presión (30) comprende la medición de la temperatura y humedad corporal.

6. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dicho elemento de control (3) comprende al menos:

- una válvula bidireccional (31),

- un microcontrolador (32),

- un sensor de IMU (33),

- un elemento de conexión (34), y

- una batería (35).

7. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según una o más de las reivindicaciones anteriores, donde dicho elemento de conexión (34) consiste en un módulo elegido de un módulo Bluetooth, wifi e inalámbrico adecuado para la comunicación con elementos externos.

8. El dispositivo de monitorización fisiológica (1) según la reivindicación 1, donde dicho elemento en forma de copa (2) está conectado a al menos un diafragma (5).