ES2945348T3 - Monitor de EEG de dos partes con bus de datos y método de comunicación entre las partes - Google Patents

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Abstract

Un monitor personal de EEG portátil con una parte de base (1) que tiene medios de procesamiento de señal (23), una parte de electrodo (2) con al menos dos electrodos (11, 12) para medir una señal de EEG de una persona. La parte de electrodo (2) comprende medios para convertir la señal EEG en una señal digital. El monitor EEG comprende un bus de datos para transferir datos entre la parte base (1) y la parte del electrodo (2) y para proporcionar energía de una parte a la otra. El bus de datos está adaptado para la aplicación de dos cables eléctricos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Monitor de EEG de dos partes con bus de datos y método de comunicación entre las partes
La presente invención se refiere a monitores de EEG. La invención se refiere además a un monitor de EEG en dos partes conectado con cables eléctricos. La invención se refiere más concretamente a un monitor de EEG que comprende medios de alimentación. El monitor de EEG comprende además una parte de base que tiene medios de procesamiento de señales. El monitor de EEG comprende además una parte de electrodos con al menos dos electrodos para medir una señal de EEG de una persona.
EEG es la abreviatura comúnmente utilizada para Electroencefalograma, que en general es un método para monitorizar eléctricamente la actividad cerebral de una persona. Los sistemas para monitorizar los EEG se conocen desde hace muchos años. Sin embargo, con el desarrollo tecnológico general, se han ideado sistemas de monitorización de EEG, que pueden ser llevados o usados continuamente por una persona que se ha de monitorizar.
Es conocido medir el EEG colocando electrodos en el cuero cabelludo de una persona, y registrar y analizar la señal del EEG para diversos propósitos de diagnóstico.
Un sistema para tal uso es conocido por el documento WO-A1-2006/047874, que describe la medición de ondas cerebrales mediante el uso de electrodos colocados en conexión con al menos uno de los αdos del sujeto, es decir, colocados en una parte externa del oído o colocados en el conducto auditivo. Las mediciones se utilizan particularmente para detectar el inicio de un ataque epiléptico. El documento WO-A1-2006/047874 también describe el uso de electrodos en pares como electrodos de detección y de referencia respectivamente, siendo tal configuración bien conocida en el campo de la electroencefalografía.
Los monitores de EEG también se pueden aplicar para la vigilancia de personas que tienen diabetes, donde se monitorizan los niveles de azúcar en sangre para advertir sobre ataques hipoglucémicos causados por niveles bajos de azúcar en sangre. Los ataques de hipoglucemia pueden provocar pérdida del conocimiento e incluso la muerte. Un sistema para tal vigilancia de un ataque hipoglucémico eminente se describe en el documento WO-A-2006/066577. Este es, sin embargo, un sistema subcutáneo implantado.
El documento WO-A1-2007/047667 describe un tapón para los αdos para medir señales de EEG. El tapón para los oídos comprende una envolvente exterior con electrodos, estando hecha la envolvente de un material comprimible blando. Las señales obtenidas con el tapón auditivo se transmiten a unidades externas para su procesamiento y monitorización.
Por lo general, un monitor personal de EEG se fabricará en dos partes, como se mencionó anteriormente. Es decir una parte de base con medios de procesamiento de señal y una parte de electrodos con al menos dos electrodos para medir la señal de EEG de una persona. Preferiblemente, la parte de electrodos se hará lo más pequeña posible, de modo que se adhiera fácilmente a la superficie de la piel en la cabeza de la persona. La parte de base a menudo comprende los medios de suministro de energía y, por lo tanto, es más grande. La parte de base normalmente estaría dispuesta en una posición menos visible. Las dos partes se conectarán a través de cables. Los electrodos para medir la señal de EEG a menudo se preparan para colocarse en contacto con la piel en la región del αdo de una persona. Los electrodos también pueden ser capacitivos.
Dado que la parte de electrodos está adaptada para ser dispuesta en el αdo o en la región del αdo de una persona, a menudo comprenderá un receptor o altavoz aplicado para dar mensajes de sonido o de voz al usuario. Estos podrían ser advertencias sobre un episodio hipoglucémico eminente. Pero el receptor se puede aplicar para cualquier tipo de sonidos.
La parte de electrodos también podría aplicarse a otros tipos de transductores. Ejemplos de tales transductores en la parte de electrodos podrían ser un micrófono para transformar sonidos en señales eléctricas o un sensor de temperatura o un acelerómetro. También podrían considerarse otros transductores pertinentes para disponer en la parte de electrodos. La señal eléctrica de dicho transductor debe transferirse a los medios de procesamiento de señal de la parte de base del monitor de EEG, normalmente mediante un par de cables adicionales, para su posterior procesamiento, registro o transmisión a un dispositivo remoto.
Un problema de tener un transductor de este tipo, p. ej., un micrófono, es que los cables utilizados para transferir la señal desde el transductor a la parte de base recogerán interferencias electromagnéticas. La señal eléctrica generada, p. ej., en un micrófono puede ser relativamente débil, p. ej., de 1 - 5 pV, y por lo tanto bastante sensible al ruido.
Este problema es mayor cuando se dispone un receptor en la parte de electrodos, ya que los cables que suministran la señal del receptor, que puede ser de 2 V en el nivel máximo, estarán dispuestos cerca de los cables que transfieren la señal desde los electrodos del EEG y, p. ej., desde un transductor. Por lo tanto, es probable que la señal del receptor induzca ruido en los cables que transportan la señal del EEG y cualquier señal del transductor.
El documento US 2006/0149330 A1 describe un aparato de gestión del ritmo cardíaco que incluye un alojamiento proximal, un alojamiento distal y un cable conductor. El alojamiento proximal incluye un primer dispositivo de almacenamiento de energía. El módulo distal se puede implantar dentro del corazón de un paciente e incluye un segundo dispositivo de almacenamiento de energía, al menos un electrodo y un módulo de control.
El documento US 2005/0215916 A1 describe un sistema de medición biopotencial que incorpora la adquisición de señales tales como Electroencefalogramas (EEG), Electrocardiogramas (ECG) y Electromiogramas (EMG) mediante la incorporación de electrodos digitales activos que amplifican y convierten digitalmente señales biopotenciales en la fuente.
El documento US 2004/0116151 A1 describe un bus de datos que se puede aplicar para un audífono entre una parte de base y un componente periférico. Se describe que este bus de datos necesita transferencia de energía, señal de reloj y de sincronización.
Un problema es que el número de cables debe ser lo más pequeño posible para mantener el diámetro total del haz de cables que conecta las dos partes lo más pequeño posible. Cada cable está conectado tanto a la parte de electrodos como a la parte de base, p. ej., mediante un conector. Esta conexión ocupará algo de espacio y, en general, será un punto débil en la construcción, es decir, existe el riesgo de perder la conexión eléctrica en este punto. Además, los conectores típicamente aplicados son componentes relativamente caros. Por lo tanto, es preferible mantener el número necesario de conexiones al mínimo.
Los problemas anteriores se resuelven mediante la presente invención, cuyo alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas, al proporcionar un monitor de EEG que tiene un bus de datos que comprende dos cables eléctricos adaptados para la transmisión de señales desde la parte de electrodos de EEG a la parte de base y además adaptados para proporcionar suministro de energía desde una parte a la otra parte a través de los dos cables eléctricos.
La invención está definida por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones de la misma.
Por bus de datos se entiende aquí una línea de comunicación digital que puede configurarse para la comunicación entre diferentes unidades, adecuada para transportar señales en una o dos direcciones. El bus de datos es un bus de datos en serie, y aquí también se entiende que puede transferir energía.
Un transductor se entiende aquí como un dispositivo que puede convertir un parámetro físico en una señal eléctrica en el monitor de EEG. Esta definición incluye un electrodo que sea capaz de leer un potencial de tensión, de manera que el potencial pueda transferirse de alguna forma a los medios de procesamiento de señales del monitor de EEG.
Los electrodos están preparados para disposición en contacto con la piel, p. ej., en la región del αdo de la persona. El electrodo también puede ser del tipo capacitivo en el que se puede detectar una señal de EEG sin un contacto eléctrico directo con la piel.
Según la invención, en el monitor de EEG se aplican al menos tres estados diferentes del bus de datos en diferentes intervalos de tiempo, donde un primer estado es para la transferencia de energía, un segundo estado es para la transmisión de la señal desde dicha parte de base a dicha parte de electrodos, y un tercer estado es para la transmisión de señal desde dicha parte de electrodos a dicha parte de base. Esta realización se preferirá a menudo cuando se aplique un receptor o altavoz, p. ej., para proporcionar mensajes de sonido a la persona que lleva el monitor de EEG.
Cuando se separa en el tiempo la transferencia de energía de la transferencia de datos se reduce el riesgo de problemas de ruido. El término diferentes intervalos de tiempo se refiere a esta separación en el tiempo de la transferencia de energía y la transferencia de datos o señales en ambas direcciones. Al mismo tiempo, la invención facilita un bus de datos de dos cables sin necesidad de cables eléctricos adicionales. En una realización del monitor de EEG, se añade un cuarto estado que se establece en bajo, es decir, en "0", para que el primer estado para la transferencia de energía comience con un flanco ascendente. Tal flanco ascendente que ocurre en un lugar conocido de la secuencia es importante para interpretar la señal en el bus de datos.
Según la invención, la fuente de alimentación está dispuesta en la parte de base y un condensador está dispuesto en la parte de electrodos, dicho condensador está siendo cargado durante dicho primer estado para la transferencia de energía, y está suministrando energía en los períodos en los que no se transmite energía a través del bus de datos Por lo general habrá más espacio en la parte de base y, por lo tanto, más espacio para la fuente de alimentación, tal como una batería.
En una realización del monitor de EEG, el primer estado para la transferencia de energía ocupa al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 70 % del tiempo en el bus de datos. Se ha encontrado que esto da como resultado una pérdida de energía suficientemente pequeña y un condensador no demasiado grande para suministrar energía el resto del tiempo.
En una realización del monitor de EEG donde hay dispuesto un receptor en la parte de electrodos, el receptor está conectado de tal manera que no extraerá energía durante el tiempo en que se transfieren los datos en el bus de datos, sino solo durante el tiempo en que se transfiere la energía. Esto se puede lograr cortocircuitando el receptor durante la transferencia de datos. La ventaja de esto será que el receptor no necesitará extraer energía de un condensador en la parte de electrodos durante el tiempo en que no haya transferencia de energía desde la parte de base. Esto significa que el condensador en la parte de electrodos se puede hacer mucho más pequeño, ya que solo necesitará suministrar energía al circuito electrónico de la parte de electrodos. Un condensador más pequeño también tendrá dimensiones físicas más pequeñas, por lo que la parte de electrodos puede hacerse más pequeña. Existen posibles variaciones de esta realización, p. ej., donde el receptor extrae energía en una parte más pequeña del tiempo durante el que se transfieren los datos.
En una realización del monitor de EEG, la parte de electrodos comprende un chip electrónico, es decir, un circuito integrado (IC) conectado con el transductor, estando conectado el chip o IC con el bus de datos. El chip es una forma eficiente en el espacio de recopilar los circuitos necesarios, p. ej., para manejar la comunicación del bus de datos y la transferencia de energía. Un circuito es un regulador de tensión para la fuente de alimentación. Otro circuito es un convertidor de analógico a digital para convertir una señal analógica de los electrodos de EEG y cualquier otro transductor en una señal digital. Este convertidor de analógico a digital suele ser un convertidor sigma-delta.
En una realización del monitor de EEG, se dispone un generador de frecuencia de reloj, bien en la parte de base o bien en la parte de electrodos del monitor de EEG, y en el que se regenera una frecuencia de reloj, mediante un regenerador de frecuencia de reloj, en la parte del monitor de EEG sin generador de frecuencia de reloj. Preferiblemente, esta frecuencia de reloj regenerada se sincroniza con la frecuencia de reloj de dicho generador de frecuencia de reloj. Por lo general, el generador de frecuencia de reloj está dispuesto en la parte de base del monitor de EEG y, a menudo, la sincronización se realiza mediante un bucle de sincronización de fase.
En una realización del monitor de EEG, la parte de electrodos es un tapón del conducto auditivo que comprende al menos dos electrodos en la superficie externa, estando dispuestos dichos electrodos para tener contacto con el conducto auditivo del usuario para poder detectar potenciales eléctricos de la persona que está siendo monitorizada por EEG.
En una realización del monitor de EEG, la parte de electrodos está conectada con un transductor para medir un parámetro físico o fisiológico. Dicho transductor podría adaptarse para medir la temperatura, la presión arterial, el movimiento, p. ej., la aceleración, orientación, es decir, es la persona acostada. Preferiblemente, dicho transductor está conectado al módulo electrónico de la parte de electrodos y está preparado para transferir datos a los medios de procesamiento de señales en dicha parte de base a través del bus de datos en serie. Cuando la parte de electrodos se dispone como un tapón para los αdos, también podría aplicarse un transductor apropiado para detectar la colocación correcta del tapón para los αdos en el conducto auditivo. Este podría ser un transductor capacitivo.
En un segundo aspecto, la invención se relaciona con un método para la comunicación entre dos partes de un monitor de EEG que comprende medios de suministro de energía y que comprende las siguientes atapas. 1) Disponer una parte de base fuera del conducto auditivo de una persona para usar un monitor de EEG, donde la parte de base comprende medios de procesamiento de señales. 2) Disponer una parte de electrodos en el conducto auditivo de una persona que ha de ser monitorizada, donde la parte de electrodos comprende electrodos de EEG. 3) Conectar la parte de electrodos con la parte de base a través de un bus de datos, donde el bus de datos comprende dos cables eléctricos adaptados para la transmisión de la señal al receptor o altavoz, y para la transmisión de la señal de los electrodos de EEG a la parte de base, y el bus de datos está adaptado para proporcionar suministro de energía, bien desde la parte de base a la parte de electrodos, o bien desde la parte de electrodos a la parte de base, a través de los dos cables eléctricos. 4) Aplicar dos estados diferentes del bus de datos de dos cables secuencialmente en diferentes lapsos de tiempo, donde un primer estado es para transferencia de energía, un segundo estado es para transmisión de señales desde la parte de electrodos a la parte de base.
En una realización del método para la comunicación entre dos partes, al menos se aplican tres estados diferentes del bus de datos de dos cables secuencialmente en diferentes lapsos de tiempo, donde un primer estado es para la transferencia de energía, un segundo estado es para la transmisión de la señal desde la parte de base a la parte de electrodos, y un tercer estado es para la transmisión de señales desde la parte de electrodos a la parte de base.
A continuación, se explicarán realizaciones de la invención con mayor detalle con referencia a las figuras.
La Figura 1 ilustra una realización en la que se proporciona un monitor de EEG con un bus de datos entre la parte de base y la parte de electrodos.
La Figura 2 ilustra la configuración de un monitor de EEG en tres estados diferentes del bus de datos.
La Figura 3 ilustra la comunicación digital bidireccional a través de un bus de datos, significando los paneles (a) a (k) las señales respectivas.
La Figura 4 ilustra diferentes estados para controlar la comunicación digital bidireccional, significando los paneles (a) a (e) las señales respectivas.
La Figura 5 ilustra un circuito de bucle bloqueado en fase aplicado en una realización de la invención.
La Figura 6 ilustra un ejemplo de un diseño mecánico de un monitor de EEG.
La Figura 1 muestra los principios de un monitor de EEG donde la parte 1 de base, a menudo dispuesta detrás de la oreja, comprende un módulo electrónico 6 y una batería 8. El módulo electrónico 6 comprende medios 23 de procesamiento de señal, un generador 9 de reloj y un controlador 24 para controlar la comunicación en la línea de datos o bus 16 de datos. La parte de base también puede comprender un micrófono 3, que se puede aplicar para incorporar la función de audífono en el monitor de EEG o para ajustar el nivel de presión sonora de cualquier sonido procedente del receptor 10 en la parte 2 de electrodos al nivel de ruido acústico de fondo. Tanto para la figura 1 como para las siguientes figuras, la descripción se centra en realizaciones en las que se aplica un bus de datos bidireccional y en las que se dispone un receptor o altavoz en la parte de electrodos.
La parte 2 de electrodos del monitor de EEG comprende un módulo electrónico 7 (es decir, un chip electrónico o un circuito integrado) y dos o más electrodos 11, 12 de EEG para medir la señal de EEG de una persona que se ha de monitorizar. Los electrodos están conectados con convertidores 21 de analógico a digital. La parte 2 de electrodos también comprende un receptor 10.
El módulo electrónico 7 de la parte 2 de electrodos puede comprender un convertidor 22 de digital a analógico para controlar el receptor 10 y un convertidor 21 de analógico a digital para digitalizar la señal de los electrodos 11, 12 de EEG y, p. ej., de cualquier transductor. Los convertidores de digital a analógico pueden implementarse en forma de convertidores delta sigma, conocidos por el documento US 5,878,146. Un convertidor delta sigma comprende un modulador delta sigma y un filtro pasa bajos. El modulador delta sigma puede estar dispuesto en la parte de base.
Para controlar el receptor se aplica un puente H. Un puente H se describe en el documento WO-A 1-2005/076664 y también se ilustra en la figura 2.
El receptor 10 en la parte de electrodos puede ser una sola unidad que maneje todo el espectro de frecuencias de interés. Sin embargo, el receptor también podría estar compuesto por dos unidades receptoras separadas, una para frecuencias más altas y otra para frecuencias más bajas.
Dos cables eléctricos 16, 17 o líneas conectan la parte de base con la parte de electrodos en la realización ilustrada en la figura 1. Los dos cables que forman el bus de datos son tanto para el suministro de energía como para la comunicación digital. Se aplica un protocolo para controlar cuándo se transmite energía y cuándo se transmiten datos en cualquier dirección en el bus de datos en serie. Se pueden aplicar diferentes tipos de protocolos para controlar la transmisión.
La señal del bus de datos también se puede enviar como una señal equilibrada en un par de cables. Esto también reducirá el riesgo de que el ruido influya en la comunicación del bus de datos. Se podría trenzar un par de cables equilibrados para reducir aún más la influencia del ruido.
Normalmente la batería está dispuesta en la parte de base y se aplica un regulador de tensión para suministrar una tensión VCC estable para los módulos electrónicos. La tensión transferida a través de los dos cables como parte del protocolo necesita cargar un condensador del cual se extrae energía durante la transmisión de datos en el bus de datos. A menudo se prevé un regulador 20 de tensión local en la parte de electrodo.
La figura 2 muestra un ejemplo con tres estados principales A, B y C del bus de datos. En el primer estado A, la batería 8 en la parte 1 de base está conectada a través del bus 15 de datos, ilustrada como una conexión de dos cables eléctricos trenzados, a la parte 2 de electrodos, donde la tensión de suministro cargará el condensador 25 y alimentará la etapa de salida de sonido, es decir, los conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H y el receptor 10, p. ej., a través de un regulador de tensión. Se aplican conmutadores (no mostrados) tanto en la parte de base como en la parte de electrodos para volver a conectar el circuito al estado B de la figura 2. En este estado, se desconecta el suministro de energía a la parte de electrodos. En cambio, un transmisor 26 en la parte de base está conectado a través del bus 15 de datos a un receptor 28 de datos en la parte de electrodos. Durante el estado B, los datos se transfieren desde el transmisor 26 al receptor 28 de datos. Típicamente, se transfiere un bit durante cada período de estado B.
El uno o más bits transferidos en el estado B establecen las condiciones para los cuatro conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H en el tiempo durante otros estados hasta que se transfiere un nuevo bit o bits en el siguiente estado B. El receptor 28 de datos debería estar conectado a la lógica de control (no mostrada) para controlar los conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H. La lógica de control retendrá la entrada a los conmutadores hasta que se hayan recibido nuevos datos. Si se transfiere más de un bit a la parte de electrodos en cada estado B, la lógica de control debe configurarse para almacenar estos bits y presentar el bit correcto a la entrada de los conmutadores 40, 41,42, 43 en el momento apropiado durante el tiempo desde un estado B al siguiente.
En un ejemplo indicado en la figura 2, bn es el nivel del bit transmitido al receptor 28 de datos en el estado B. El nivel bn es almacenado por la lógica de control, y cuando se cambia del estado B al siguiente estado C, la lógica de control cambiará la entrada en los conmutadores 40, 41, 42, 43 de bn-1 a bn Esta entrada bn se mantendrá hasta el final del siguiente estado B donde se cambia a bn 1. La entrada bn-1 a los conmutadores 40, 41,42, 43 se transmitió al receptor 28 de datos en el estado B anterior al que se muestra en la figura 2.
Como se ilustra en la figura 2, los conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H se cambian para estar abiertos en una diagonal (por ejemplo, 40 y 43) y cerrados en la otra (por ejemplo, 41 y 42). Esto se abrirá para la corriente a través de la bobina del receptor en una dirección. Cuando cambia la diagonal donde los conmutadores 40, 41, 42, 43 están abiertos, la dirección de la corriente, y por lo tanto el movimiento de la membrana, también cambia.
El último estado que se muestra en la figura 2 es el estado C que sigue al estado B cuando se aplican conmutadores (no mostrados) tanto en la parte de base como en la parte de electrodos para volver a conectar el circuito al estado C. En el estado C, un transmisor 29 en la parte 2 de electrodos transmite uno o más bits a través del bus 15 de datos a un receptor 27 de datos en la parte de base. Estos datos transmitidos fuera de la parte de electrodos son la señal de EEG digitalizada. Los datos procedentes de cualquier otro transductor serán digitalizados por un convertidor 21 ND y empaquetados para su transmisión en una unidad 18 de control en la parte de electrodo.
Otro estado D en el que se envía un bit bajo o un "0" en el bus de datos suele seguir al estado C, para iniciar el estado A con un flanco ascendente. Tal flanco ascendente se usa para la sincronización entre la parte de base y la parte de electrodos como se describe a continuación.
El condensador 25 será el suministro de energía para el receptor 10, el puente H y otros circuitos que demandan energía en la parte de electrodos durante los estados B, C y D donde no se transfiere energía, sino solo datos, a través del bus 15 de datos. El regulador 20 de tensión (véase la figura 1) asegurará que se proporcione la tensión correcta en todos los estados. El bus 15 de datos se enfrentará así a una impedancia relativamente baja en el estado A. En el estado B, el transmisor 26 tendrá una impedancia de salida baja mientras que el receptor 28 de datos tendrá una impedancia alta. En el estado C, el transmisor 29 tendrá una impedancia de salida baja mientras que el receptor 27 de datos tendrá una impedancia de entrada alta.
En la práctica, el condensador 25 puede implementarse como dos condensadores en paralelo (no mostrados). Esto facilitaría que uno de estos dos condensadores pudiera aplicarse para proporcionar suministro de energía al puente H en el estado B y C, y el otro de estos dos condensadores podría aplicarse para proporcionar suministro de energía al receptor 28 de datos en el estado B o al transmisor 29 en el estado C.
En una realización en la que el receptor 10 o el altavoz está conectado de manera que no extraiga energía durante el tiempo en que se transfieren los datos en el bus de datos, sino solo durante el tiempo en que se transfiere la energía, los cuatro conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H deben operarse de manera diferente. La lógica de control que controla los conmutadores 40, 41,42, 43 en el puente H mantendrá la entrada a los conmutadores como se describe anteriormente solo en el estado en el que se transfiere energía, es decir, el estado A en el ejemplo. En los otros estados, el receptor 10 está cortocircuitado para no extraer energía del condensador 25. El cortocircuitado del receptor 10 se consigue abriendo los conmutadores 40, 41 simultáneamente y cerrando los conmutadores 42, 43 simultáneamente. También podría ser lo opuesto, es decir, cerrar los conmutadores 40, 41 y abrir los conmutadores 42, 43.
Las figuras 3 y 4 muestran un ejemplo de cómo podría manejarse la fuente de alimentación y la comunicación a través de un bus 16 de datos en serie bidireccional de dos cables. En el panel a de la figura 3, se muestra una frecuencia de reloj de 32 MHz generada en la parte 1 de base. Se genera una frecuencia de reloj correspondiente de 32 MHz en la parte 2 de electrodos mediante la aplicación de un circuito 19 de bucle de bloqueo de fase (PLL) (véase la figura 5). El PLL 19 regenera la frecuencia de reloj de 32 MHz mediante la aplicación de la señal del bus de datos. El PLL ajusta continuamente la sincronización entre las dos frecuencias de reloj de 32 MHz, mediante la aplicación de flancos ascendentes en la señal de la línea de datos. Cuando el generador 9 de reloj está dispuesto en la parte de base, como en este ejemplo, el PLL está dispuesto en la parte de electrodo. Esta sincronización es importante para el correcto funcionamiento de la comunicación entre la parte 1 de base y la parte 2 de electrodos.
La frecuencia de reloj de 32 MHz debe considerarse como un ejemplo. También se pueden aplicar otras frecuencias de reloj.
Como se ilustra en el panel a de la figura 3, los ciclos de reloj de 32 MHz se pueden dividir en cuatro estados diferentes (véase la parte superior de la figura 3) llamados A, B, C y D. En el estado A, se transfiere energía, preferiblemente desde la parte de base a la parte de electrodos. En el estado B, se transfieren datos desde la parte de base a la parte de electrodos. Esta sería típicamente la señal eléctrica al receptor para que el receptor genere la señal acústica. En el estado C, los datos se transfieren desde la parte de electrodos a la parte de base. Dichos datos son la señal digitalizada procedente de los electrodos de EEG y quizás otros transductores en la parte de electrodos. El estado D siempre es bajo o "0", de modo que el estado A comenzará con un flanco ascendente. Esto da un flanco ascendente para cada ciclo donde los flancos ascendentes tienen un intervalo de tiempo bien definido. Estos flancos ascendentes se aplican luego para sincronizar la frecuencia del reloj entre la parte de base y la parte de electrodos.
El estado A también podría dividirse en dos o más partes, separadas intercambiando los estados B y C. También es posible añadir más estados con otros fines entre los estados descritos.
Los paneles b y c de la figura 3 muestran un ejemplo del envío de un bit desde la parte de base a la parte de electrodos, donde se envía un "0" en el panel b de la figura 3 y un "1" en el panel c de la figura 3. Tanto en el panel b de la figura 3 como en el panel c de la figura 3, se envía un "0" desde la parte de electrodos.
Los paneles d y e de la figura 3, muestran un ejemplo de envío de un bit desde la parte de electrodos a la parte de base, donde se envía un "0" en el panel d y un "1" en el panel e. En los paneles d y c de la figura 3, se envía un "0" desde la parte de base.
El panel f de la figura 3 muestra la señal resultante en el bus de datos bidireccional, donde las líneas discontinuas indican que la señal puede seguir una de las dos rutas posibles, lo que da como resultado que se envíe o bien un "0", o bien un "1". Esta señal resultante en el bus de datos es una suma de las señales de los paneles b o c de la figura 3, y los paneles d o e de la figura 3. En el ejemplo, habrá un flanco ascendente, indicado por una flecha en el panel f de la figura 3, en la señal del bus de datos por cada 32 flancos ascendentes en la frecuencia de reloj de 32 MHz. Esto significa que la señal en el bus de datos debe bajar antes de este flanco ascendente, lo que también ocurre en la señal del bus de datos que se muestra en el panel f de la figura 3, debido al estado D. Solo se produce un cambio en el nivel de la señal del bus de datos en los flancos ascendentes de la frecuencia de reloj de 32 MHz.
Los flancos ascendentes mencionados en la señal de la línea de datos, indicados con una flecha en el panel f de la figura 3, se aplican para que el PLL sincronice las señales de reloj entre la parte de base y la parte de electrodos.
La figura 4 muestra las señales aplicadas en la sincronización de la frecuencia del reloj. El panel a de la figura 4, ilustra adicionalmente el recuento de fases mediante un contador de fases. Un contador de fase está presente tanto en la parte de base como en la parte de electrodos. El contador de fase es parte de un medio 18 de control de la parte de electrodos. El PLL sincroniza los dos contadores de fase mediante flancos ascendentes en el bus de datos. El contador de fase comienza en 1 en un flanco ascendente de la señal del bus de datos y aumenta en uno por cada flanco ascendente en el reloj de 32 MHz hasta 32. Después de 32, el contador de fase comienza nuevamente desde 1. Los contadores de fase también podrían incrementarse a la mitad identificando los flancos descendentes en el reloj de 32 MHz.
Los contadores de fase se aplican para identificar los estados A en los que se ha de transferir energía y los estados B y C en los que, o bien la base, o bien la parte de electrodos envían datos.
El panel b de la figura 4 repite la frecuencia de reloj de 32 MHz, y el panel c de la figura 4 repite la señal del bus de datos, ambas para facilitar la comparación en la figura 4. En las figuras 3 y 4 se ve que el estado A está activo en la fase 1 - 29, el estado B está activo en la fase 30, el estado C está activo en la fase 31 y el estado D, donde se transmite un "0", está activo en la fase 32. El conteo de fase también se aplica para cambiar entre las diferentes configuraciones ilustradas en la figura 2 para los diferentes estados. Las diferentes fases con los diferentes estados se consideran como intervalos de tiempo diferentes.
El flanco ascendente entre el estado D y el estado A está destinado a la sincronización de la frecuencia de reloj en la parte de base y en la parte de electrodos. Este flanco ascendente se ilustra con flechas en el panel f de la figura 3 y en el panel c de la figura 4. Se producirá un flanco ascendente diferente entre los estados B y C cada vez que se envíe un "0" desde la parte de base seguido de un "1" enviado desde la parte de electrodos. Para discriminar entre estos dos flancos ascendentes, la unidad 18 de control del módulo electrónico 7 de la parte 2 de electrodos está prevista para generar una señal a aplicar para esta discriminación. Esta señal se llama Trig_on y se ilustra en el panel de la figura 4.
La señal Trig_on se establece en "1" (o alto), cuando la fase es igual a 32 o 1. La señal Trig_on se establece en "0" (o bajo), cuando la fase es de 2 a 31. Al menos T rig_on debe ser baja en fase 30 y 31.
La figura 5 muestra un ejemplo del circuito 19 de bucle de bloqueo de fase (PLL) aplicado para sincronizar la frecuencia de reloj de 32 MHz entre la parte de base y la parte de electrodos mediante la aplicación de bordes ascendentes marcados con flechas en el panel f de la figura 3 y en el panel c de la figura 4. La señal de línea de datos va a un operador AND 30 junto con la señal T rig_on. La salida del operador AND 30 solo será alta para los flancos ascendentes de la señal de la línea de datos, marcados con una flecha, y no para el flanco ascendente cuando se envía un "0" desde la parte de base seguido de un "1" enviado fuera de la parte de electrodos (véanse los paneles c y d de la figura 4). Esto se debe a que la señal Trig_on es alta en el borde ascendente de la línea de datos marcado con una flecha, mientras que es baja cuando se envían bits de señal fuera de la parte de base o de la parte de electrodos.
La señal procedente del operador AND 30 es la entrada de referencia al detector 31 de frecuencia de fase (PFD). La otra entrada al PFD 31 es la retroalimentación procedente del oscilador (VCO) 32 controlado por tensión a través de un divisor 33. Las dos salidas QA y QB del PFD 31 controlan un primer interruptor 34 y un segundo interruptor 35 a través de un tren de pulsos. Un primer generador 36 de corriente constante y un segundo generador 37 de corriente constante cargarán o descargarán un condensador 38, determinando así la tensión de entrada al VCO 32. Los dos generadores de corriente 36, 37 generalmente generan la misma corriente. Un pulso en QA cerrará el primer interruptor 34 conectado con QA, por lo que el primer generador 36 de corriente constante cargará el condensador 38. Un pulso en QB cerrará el segundo interruptor 35 conectado con QB, por lo que el segundo generador 37 de corriente constante descargará el condensador 38.
Cuando las dos señales en las entradas del PFD 31 están sincronizadas o bloqueadas, la longitud de los pulsos QA y QB es la misma y la tensión en la entrada del VCO 32 permanece sin cambios. Si las dos señales en las entradas del PFD 31 no están sincronizadas, los pulsos en una de las salidas QA y QB del PFD 31 resultan más largos que los pulsos en la otra salida, cargando o descargando así el condensador 38. Esto ajustará la tensión de entrada en el VCO 32 a un nivel en el que la frecuencia de salida del VCO esté sincronizada con la señal del bus de datos.
Al poner en marcha el bus de datos, especialmente en el ejemplo del bus de datos bidireccional, p. ej., al encender el monitor de EEG, o al reiniciar el bus de datos, el controlador 18 debe esperar a que se bloquee el PLL, es decir, a que las dos frecuencias de 32 MHz resulten sincronizadas. Este es el caso cuando la longitud de los pulsos QA y QB son iguales o aproximadamente iguales. Cuando esto sucede, la parte de electrodos estará esperando un flanco ascendente en la línea de datos. Cuando el controlador 18 detecta un flanco ascendente en la línea de datos, el contador de fase se establece en 1. A partir de este momento, el contador de fase continuará como se muestra en el panel a de la figura 4, y como se describe anteriormente. Para que este procedimiento de inicio funcione correctamente, se debe evitar la situación en el panel i de la figura 3, es decir, se debe evitar un "0" procedente de la parte de base seguido de un "1" de la parte de electrodos durante el inicio para no para obtener cualquier otro flanco ascendente que pueda perturbar la sincronización. Esto significa que la señal del bus de datos inicialmente tiene que parecerse a la señal en el panel g, h o j de la figura 3.
El restablecimiento del bus de datos y la posterior aplicación del procedimiento de comienzo anterior se pueden inicializar si la conexión en una o más líneas o cables se pierde temporalmente. Tal pérdida temporal de conexión puede ser detectada por el circuito 18 de control del módulo electrónico 7 en la parte de electrodo. Esto podría hacerse verificando la tensión sobre el condensador 38 en el PLL 19 (véase la figura 5). Los flancos ascendentes de la señal del bus de datos se detienen, esta tensión caerá hacia cero, y cuando el circuito 18 de control lo detecta, la parte de electrodos debe dejar de enviar datos en el bus de datos y al mismo tiempo debe inicializarse el procedimiento de comienzo anterior. El circuito 18 de control también puede configurarse para detectar cualquier pérdida temporal de conexión en los cables de suministro de energía.
Se puede aplicar un código específico para confirmar que las frecuencias de reloj están correctamente sincronizadas. Este código, o un código diferente, también podría enviarse con intervalos de tiempo específicos para confirmar que la comunicación funciona según lo programado. Si este código se detiene, o los intervalos de tiempo no se siguen correctamente, también se podría inicializar un procedimiento de reinicio. Dicho código deberá enviarse como parte de las señales enviadas desde la parte de base o desde la parte de electrodos dispuestas en momentos específicos en la secuencia de señales de datos.
En el ejemplo anterior de comunicación de datos, se aplica un ciclo de la frecuencia del reloj para enviar un bit desde la parte de base a la parte de electrodos y un bit desde la parte de electrodos a la parte de base. La comunicación de datos podría organizarse de muchas otras maneras. Otras opciones dentro de las realizaciones de la invención podrían ser enviar, p. ej., 2 o 4 bits desde la parte de base seguidos por el mismo número de bits, o diferente, enviado desde la parte de electrodos a la parte de base. La ventaja de enviar solo un bit a la vez es que el condensador necesario en la parte de electrodos para mantener la tensión de suministro puede ser relativamente menor ya que el tiempo en el que se debe mantener la tensión de suministro, sin que el condensador reciba carga adicional, será relativamente más corto. El número de bits enviados en cada una de las dos direcciones no tiene por qué ser el mismo. Esto podría depender de las necesidades del bus de datos y de uno o más transductores en la parte de electrodo.
También la frecuencia del reloj influirá en el tamaño necesario del condensador. Con una frecuencia de reloj de 32 MHz, la energía se transferirá en la fracción 29/32 de tiempo según el ejemplo anterior, donde los datos se envían desde la parte de base a 1 Mbit/s y los datos se envían desde la parte de electrodos a 1 Mbit/s. Esto significa que el condensador 15 solo necesita mantener la tensión de alimentación durante 3/32 de microsegundo. Si la frecuencia del reloj fuera de 4 MHz y las demandas de transferencia de datos fueran las mismas, el condensador necesitaría mantener la tensión de alimentación durante 3/4 de microsegundo. Al mismo tiempo, la energía solo se transferiría en la fracción de 1/4 de tiempo. Esto significa que el condensador debe ser mayor y que la corriente que circula a través del bus de datos mientras se transfiere energía debería ser mayor para suministrar la carga necesaria.
Una corriente más alta durante el período de suministro de energía, es decir, el estado A, conducirá a una pérdida de energía mayor en comparación con la pérdida de energía de una corriente más baja.
Cuando se aumenta la fracción de tiempo en la que no se transfiere energía, es necesario aumentar el tamaño del condensador 15, para que el condensador mantenga suficiente carga para poder suministrar energía durante el tiempo sin suministro de energía. Una mayor capacidad también significa mayores dimensiones físicas del condensador. Debido a la necesidad de una parte de electrodos pequeña, a menudo se preferirá un condensador pequeño y, por lo tanto, una frecuencia de reloj relativamente alta.
Sin embargo, una frecuencia más alta también conducirá a una mayor pérdida de eficiencia dinámica en las uniones p-n del circuito de control. Esta pérdida de energía se produce al cargar la carga capacitiva de las puertas lógicas. Solo para el bus de datos, la frecuencia real que causa esta pérdida de energía es menor que la frecuencia del reloj, ya que el bus de datos estará en el mismo nivel durante los ciclos del estado A. Por lo tanto, el número de cambios entre "0" y "1" será considerablemente menor que la frecuencia del reloj de control, es decir, 32 MHz en el ejemplo.
Por lo tanto, también se reduce la pérdida de eficiencia dinámica.
1 Mbit/s debería ser suficiente para suministrar al receptor 10 una señal acústica eléctrica de la calidad necesaria. Para los electrodos 11, 12 en la parte 2 de electrodo, la señal es digitalizada por los convertidores ND 21 y esto puede dar como resultado una señal de menos de alrededor de 2 Mbit/s. Las señales de EEG, que pueden ser varias procedentes de diferentes electrodos, normalmente se procesarán previamente en la parte de electrodos y, por lo tanto, se reducirán a aproximadamente 600 kbit/s o menos. Las señales procedentes de otros transductores en la parte de electrodos también serán procesadas previamente y transferidas como parte de esta señal. Una señal a esta tasa se puede transmitir fácilmente a través del bus de datos del ejemplo anterior. El procesamiento previo es una aniquilación de la señal mediante una reducción de la frecuencia de muestreo y un filtrado pasa bajos, por lo que se elimina el ruido de cuantificación de alta frecuencia.
En la realización en la que el receptor 10 o el altavoz están conectados de tal manera que no consumirán energía en el momento en que se transfieren los datos en el bus de datos, sino solo en el momento en que se transfiere la energía, el efecto máximo de salida acústica procedente del receptor 10 se reducirá ligeramente. En el ejemplo con una frecuencia de reloj de 32 MHz donde la energía se transfiere en la fracción 29/32 del tiempo, la reducción en el efecto de salida acústica máxima del receptor 10 será de 3/32 o aproximadamente 1 dB.
Al añadir más transductores a la parte de electrodos, donde los datos deben transferirse a través del bus de datos a la parte de base, se necesita más ancho de banda del bus de datos. Dependiendo del tipo de estos transductores, la cantidad de datos a transferir puede variar significativamente. Si el transductor es un termómetro o un acelerómetro para la detección de movimientos, la cantidad necesaria de datos para transferir puede ser relativamente limitada, mientras que cuando el transductor es un micrófono es necesario transferir más datos.
Cuando varios transductores están incluidos o conectados con la parte de electrodos, los datos procedentes de estos son recopilados por el módulo electrónico 7 de la parte de electrodos y empaquetados en un formato adecuado para enviar a través del bus de datos junto con la señal de EEG digitalizada.
La figura 6 muestra un ejemplo de un monitor de EEG con la parte 1 de base preparada para ser colocada detrás de la oreja, con la parte 2 de electrodos preparada para ser colocada en el conducto auditivo de la persona que necesita monitorizar la señal de EEG. La parte de base y la parte de electrodos están conectadas por dos cables eléctricos 14. La parte 2 de electrodos se ilustra aquí con dos electrodos 11, 12, pero a menudo tendrá más electrodos, p. ej., tres, cuatro o cinco. Con un mayor número de electrodos, puede ser posible seleccionar la señal de EEG procedente de los electrodos que tienen el mejor contacto o que, por otras razones, reciben la mejor señal de EEG. También se pueden aplicar diferencias en la señal de EEG entre diferentes conjuntos de electrodos en el análisis de la señal de EEG.
La parte de electrodos tiene la forma de un tapón para los αdos que se adapta al conducto auditivo de la persona que necesita usar el monitor de EEG. Al conformar el tapón de los αdos al conducto auditivo del individuo, la parte de electrodos será menos molesta de usar, y se asegura que los electrodos siempre se colocarán en el mismo lugar en el conducto auditivo.
La parte de electrodos normalmente estará provista de una abertura pasante 13 para que el sonido pase al conducto auditivo sin ser obstruido. El altavoz dispuesto en el tapón de los αdos puede aplicar esta abertura 13 o una abertura diferente para suministrar sonido a la parte interior del conducto auditivo.
Los electrodos 11, 12 ilustrados en la figura 6 son de cualquier tipo, p. ej., estar basados en obtener una conexión eléctrica a la piel o ser del tipo capacitivo donde no se obtiene conexión eléctrica, pero la señal de EEG se mide a través de un acoplamiento capacitivo a la superficie de la piel. El alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un monitor de EEG portátil personal con una batería (8), dicho monitor de EEG comprende
- una parte (1) de base que tiene medios de procesamiento de señal,
- una parte (2) de electrodos con al menos dos electrodos (11, 12) para medir una señal de EEG de una persona, dicha parte de electrodos comprende medios para convertir la señal de EEG en una señal digital, y
- un bus (15) de datos que comprende dos cables eléctricos para transferir datos entre dicha parte de base y dicha parte de electrodos y para proporcionar energía desde la parte de base a la parte de electrodos o desde la parte de electrodos a la parte de base a través de dichos dos cables eléctricos,
en el que dicha parte (1) de base está preparada para ser colocada detrás de la oreja de dicha persona y la parte (2) de electrodos está preparada para ser colocada en el conducto auditivo de dicha persona,
en el que el bus de datos está configurado para aplicar al menos tres estados diferentes en diferentes intervalos de tiempo, donde un primer estado es para la transferencia de energía desde la batería (8) a la parte de electrodos, un segundo estado es para la transmisión de señal desde dicha parte de base a dicha parte de electrodos, y un tercer estado es para la transmisión de señal desde dicha parte de electrodos a dicha parte de base,
en el que dicha batería (8) está dispuesta en la parte de base y un condensador (25) está dispuesto en la parte de electrodos, en el que dicho condensador está configurado para ser cargado durante dicho primer estado para la transferencia de energía, y está configurado para suministrar energía en el segundo y tercer estados donde no se transmite energía desde la batería (8) a través del bus de datos, estando el monitor caracterizado por que dicha parte de electrodos comprende un receptor (10) o altavoz para proporcionar una señal de sonido a dicha persona, en el que dicho receptor (10) o altavoz está configurado para ser cortocircuitado durante el segundo y tercer estados durante la transmisión de la señal a través del bus de datos, en el que el cortocircuitado del receptor se logra controlando cuatro conmutadores (40-43) de un puente en H incluido en la parte (2) de electrodo.
2. Un monitor de EEG según la reivindicación 1, que comprende además un cuarto estado establecido en bajo para que el primer estado comience con un flanco ascendente.
3. Un monitor de EEG según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho primer estado para la transferencia de energía ocupa al menos el 50%, preferiblemente al menos el 70% del tiempo en el bus de datos.
4. Un monitor de EEG según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte de electrodos comprende un circuito integrado (7) conectado con los electrodos de EEG, estando conectado dicho circuito integrado (7) con dicho bus de datos.
5. Un monitor de EEG según la reivindicación 4, en el que dicho circuito integrado comprende un convertidor (21) de analógico a digital para convertir una señal analógica procedente de los electrodos (11, 12) de EEG en una señal digital.
6. Un monitor de EEG según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un generador de frecuencia de reloj dispuesto, o bien en la parte de base, o bien en la parte de electrodos del monitor de EEG, y un regenerador de frecuencia de reloj en la parte del monitor de EEG sin generador de frecuencia de reloj, en el que dicho regenerador de frecuencia de reloj está sincronizado con la frecuencia de reloj de dicho generador de frecuencia de reloj.
7. Un monitor de EEG según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho monitor de EEG comprende medios de amplificación de sonido y al menos un micrófono, para que dicho monitor de EEG funcione también como un audífono.
8. Un método para la comunicación entre dos partes de un monitor de EEG que comprende una batería (8), que comprende las etapas de
- disponer una parte (1) de base detrás de la oreja de un usuario, comprendiendo dicha parte de base medios de procesamiento de señal,
- disponer una parte (2) de electrodos en el conducto auditivo de una persona que ha de ser monitorizada, comprendiendo dicha parte de electrodos (11, 12) de EEG,
- conectar dicha parte de electrodos con dicha parte de base a través de un bus (15) de datos que comprende dos cables eléctricos adaptados para la transmisión de señal desde dichos electrodos (11, 12) de EEG a dicha parte de base y siendo adaptado dicho bus de datos para proporcionar suministro de energía, o bien desde la parte de base a la parte de electrodos, o bien desde la parte de electrodos a la parte de base, a través de dichos dos cables eléctricos,
- aplicar al menos tres estados diferentes del bus de datos de dos cables eléctricos secuencialmente en diferentes lapsos de tiempo, donde un primer estado es para la transferencia de energía desde la batería (8) a la parte de electrodos, un segundo estado es para la transmisión de señal desde dicha parte de electrodos a dicha parte de base, y un tercer estado es para la transmisión de señal desde dicha parte de electrodos a dicha parte de base,
en el que dicha batería (8) está dispuesta en la parte de base y un condensador (25) está dispuesto en la parte de electrodos, en el que dicho condensador está siendo cargando durante dicho primer estado para la transferencia de energía, y está suministrando energía en el segundo y tercer estados donde no se transmite energía desde la batería (8) a través del bus de datos, en donde dicha parte de electrodos comprende un receptor (10) o altavoz para proporcionar una señal de sonido a dicha persona, y en donde dicho receptor (10) o altavoz está cortocircuitado durante el segundo y tercer estados durante la transmisión de la señal a través del bus de datos, en donde el cortocircuitado del receptor se logra controlando cuatro conmutadores (40-43) de un puente H incluido en la parte (2) de electrodos.
ES11707412T 2010-03-09 2011-03-09 Monitor de EEG de dos partes con bus de datos y método de comunicación entre las partes Active ES2945348T3 (es)

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